HgCdTe环孔pn结光伏探测器暗电流机制
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叩ｅｒｔⅢ．ｅ ｐ—ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａＪｌｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｄｅｔｅｃｔｏｒ７ｓ ｄ砌（ｃｕｒｒｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｖｏｌｔａｇｅ ｂｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａＩｌｄ ｓｏｍｅ ｐｅ响ｒｒｎａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａ＿ｂｏｕｔ
第３６卷，增刊
ｖ０１．３６ ＳｕｐｐｌｅＩｎｅｎｔ
红外与激光工程
Ｉ】匝ｆ１．ａＩｅｄ ａｎｄ Ｉ。ａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅ血ｇ
２００７年６月
Ｊｕｎ．２００７
ＨｇＣｄＴｅ环孔ｐ－ｎ结光伏探测器暗电流机制
李欣，王淑芬，毛京湘，赵晋云
（昆明物理研究所，云南 昆明 ６５０２２３）
摘要：ｐ—ｎ结厶ｙ特性是红外光伏探测器的一个重要指标，它直接决定了探测器的动态电阻和热
去２志＋击 民 （Ｒ）ｍ厅。（Ｒ）孽
式中： ｃ‰＝象（鲁Ｆ
＠…７
一５ Ｏ
一ｌ ０ ｋ
■
一１ ５
＾ｖ
．Ｏ —Ｕ叶
ｉ一 Ｏ ０ｏ
‘ 一２ Ｏ ｌＯ
一 ２ ５ ××Ｘ×× ｌ Ｏ ■
一Ｏ．５
一Ｏ．３ 矿
一Ｏ．１
图３ ５Ｉ．Ｉｆ’Ａ１３暗电流计算和测试结果 Ｆｉｇ．３ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ柚ｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
中圈分类号：ＴＮ２１５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—２２７６（２００７）增（器件）一０１８９。０４
Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨｇＣｄ’Ｉ’ｅ ｐｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ
ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ａｎｎｕｌａｒ ａｐｅｒｔｕＩ．ｅ ｐ－ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ
。
万方数据
增干ｌＪ
李欣等：ＨｇＣｄＴｅ环孔ｐｎ结光伏探测器暗电流机制
１９１
件隧穿电流起支配作用的温度，从而进一步分析器件 合适的工作温度。
在热电流是主要暗电流机制的温度范围内，即扩 散电流与产生复合电流起主导作用的温度范围内，利 用公式（６）对所测器件５ＬＬＦＡｌ２、５ＬＬＦＡｌ３的实验 曲线进行拟合计算，得到孙众＆及隧穿电流起支 配作用的起始温度丁，拟合曲线如图１、图２所示， 拟合计算结果见表ｌ。
图４是器件５Ｉ，Ｉ臌１２在工作温度时厶ｙ曲线和
各种暗电流机制的拟合结果。从图中可以看出器件在 整个反向偏压下，暗电流机制均由辅助隧道电流决 定，由此也可说明在该温度点下，器件的暗电流已全 由隧道电流决定，与前面实验结果吻合。
Ｏ． 一５．Ｏ×１０ 一１．Ｏ×ｌＯ
～一１．５ＸｌＯ 一２．Ｏ×１０ —２．５×１０ —３．Ｏ×１０ 一Ｏ．５
电常数和ＨｇＣｄＴｅ相对介电常数；＾，’Ⅳ＾＾ＷⅣ＾＋＾ＩＤ；ｆ 为考虑了表面产生复合影响的空间电荷区载流子寿
命，即考虑了表面漏电的影响：
三一：＝一土＋＋—盟Ｌ
（（ｒ３ｊ）
ｆ乞
Ａ
式中：Ｐ，为结区的周长；岛为表面复合速率。
２．３辅助隧道电流模型
辅助隧道电流可用以下公式计算：
在现有材料和器件工艺水平下，ＨｇＣｄＴｅ光电二 极管的性能会受到过量暗电流的限制。因此，研究光 伏器件的暗电流机构，对研制光伏探测器有很重要的 指导意义。在无光照的情况下，通过ｐ—ｎ结的电流称 为暗电流。这种电流主要有以下来源［２－５１：
裹１器件拟合参数比较 Ｃｏｍｐａ订ｓｏｎ Ｏｆ ｄｅＶｉｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｐａ髓ｍｅｔｅ玮
ｌ
（民）Ｆ＝一
４％２ｆ
Ａ卯。（２岛乞／叫）２
由图１可知，仅当丁＜Biblioteka Baidu０ Ｋ时，器件５Ｉ，Ｉ．ＦＡｌ３
的Ｒｏ才随温度降低而基本不变；由图２可知，器件
５ＬＬｆ’Ａ１２当丁＜１２０ Ｋ时，器件的Ｒｏ由于受到了与温
度关系不大的隧穿电流机制的影响，基本不变。通过
（１）ｎ区和ｐ区的扩散电流； （２）产生一复合电流； （３）辅助隧道电流； （４）直接隧道电流。 ２．１扩散电流模型 扩散电流是ｐ—ｎ结二极管的基本电流机制，它产 生于空间电荷区两侧自由电子产生的热电子．空穴对 在少子扩散长度内的产生与复合，可以表达为：
‰＝弘若（警］ｉ（ｅｘｐ（詈）一·）㈣
扩散电流不像产生一复合电流或隧道电流那样对 空间电荷区的细节很敏感，在较高温度下，扩散电流 是ＨｇＣｄＴｅ光电二极管暗电流的主要部分。 ２．２产生．复合电流模型
２．４直接隧道电流模型
直接隧道电流可用以下公式计算：
，，
、
‰：１０五巩；毒ｅｘｐＩ兰骘ｌ （５）
Ｉ（心Ｋ）－Ｊ
式中：肋指数因子，取值范围为３×１０１０～４．３×１０１０
Ｖｆ＝１，ｂｆ－Ｖｂ。
３实验结果及讨论
３．１景件Ｒｏ与温度ｒ的关系悯 扩散电流和产生复合电流是热电流机制，与温度
的倒数呈指数变化，随着温度的降低电流下降显著， 而隧穿电流机制则与温度的关系不大。所以，可以通 过器件的Ｒ对数与温度的１ ０００／丁实验曲线得到器
ｐｒｏｂｌ锄ｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｍｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａＪｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｆｉｎｄ ｗＫｃｈ ｅｘｉｓｔ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，幽舶ｒｅ矗ｃａｌ ｒｅ舡ａｌｌｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏＶｉｎｇ妣ｈＩｌｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒａｉｓｉｎｇ ｐｅ哟ｎｒｌａｎｃｅ ｏｆ ｍｅ
上述各种暗电流机构都是平行作用的，因而ｎ＋－ｐ 结总电流为：
ｌ＝ｌ惦＋Ｉ蓼＋Ｉｔ戢七ｌ呶
Ｑ、）
参照８０ Ｋ时器件的，－ｙ实验曲线及测试数据对 公式（７）进行拟合分析计算，在拟合过程中，调整 材料及器件的一些不确定量，使拟合曲线及实验曲线 在不同偏压下尽量接近。器件在工作温度下的＾ｙ曲 线和各种暗电流机制的拟合结果如图３、图４所示。 图中显示了扩散电流（厶ｉｆｆ）、产生复合电流（ｋ）、 辅助隧道电流（ｋ）及拟合电流（五。。），从中可以看 到拟合电流和测试结果吻合很好，说明在测试范围 内，工作温度（８０ Ｋ）时，器件５ＬＬＦＡｌ３暗电流的 构成机制为扩散电流、产生复合电流、辅助隧道电流； 器件５ＬＬＦＡｌ２暗电流由辅助隧道电流决定。
ＵⅪｎ，ＷＡ ＮＧ Ｓｈｕ－ｆｅｎ，ＭＡＯ Ｊｉｎｇ—ｘｉａＩｌｇ，ＺＨＡＯ Ｊｉｎ—ｙｕｎ
（ＫｕｎＩＴｌｉｎｇ ＩＩｌｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌｌｙｓｉｃｓ’ＫｕｒｌＩＩｌｉｎｇ ６５０２２３，Ｃｈｉ咖
Ａｂｓｔｒａｃｔ：’Ｉｈｅ Ｊ—ｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｐ－ｎ ｔｉｅ ｉｓ ａＩｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｌｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｐｈｏｔ０Ｖｏｌｔａｌｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ．ｎ
位于空间电荷区的杂质或缺陷可以作为 Ｓｈｏｃｌ【ｌｅｙ—Ｒｅａｄ型的产生复合中心，从而产生结电流。 尽管空间电荷区的宽度比少子扩散长度小很多，但是 在低温下，这种电流则变得十分重要。这是因为扩散
ｋ删唧［刳
式中：ｃ：±堑堕竺兰篓善哑；ｖｆ：％一ｖ；口
ⅣＡ２
是与缺陷辅助隧穿中心密度相关的参数；毋是缺陷
辅助隧穿中心相对于导带的能级。
（２）表面钝化不均匀，导致小偏压下即产生很 大的产生复合电流，从而影响了器件性能。
，
４结论
（１）对采用离子刻蚀成结、环孔互连工艺制备
的ＭＣＴ光伏探测器暗电流特性进行了测试及理论计 算分析，得到了器件暗电流主要构成机制：对于暗电 流小的器件，在小偏压下（小于１５０ ｍＶ），产生复合 电流为主要的暗电流机制，在１５０。５００ ｍｖ范围，陷 阱辅助隧穿电流为主要暗电流机制。为了进一步提高 器件性能，减小暗电流，需进一步提高材料生长质量 及表面处理技术；
一Ｏ．３ 矿
一Ｏ．１
图４．５Ｉ．ＩｔＦＡｌ２暗电流计算和测试结果 Ｆ垮．４ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａＩｌｄ ｍｅａＬｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｍ ｆｏｒ ５Ｉ。Ｉ．Ｒ～１２
对比两器件，在同一工艺条件下，暗电流机制存 在着较大的区别，原因可能是：
（１）材料不均匀，且缺陷及杂质较多，导致同 一材料制备的器件隧穿电流起决定作用的温度及偏 压都不相同；
噪声，决定了探测器的性能。实验主要对离子刻蚀环孔ｐ．ｎ结ＨｇｃｄＴｅ长波光伏探测器进行变温厶ｙ
特性测试分析。通过对测试实验数据拟合，从理论上计算了探测器在不同温度及不同偏压下的暗电
流，得到一些相关的材料和器件性能参数。希望利用分析计算结果了解工艺中存在的问题，对改进
工艺及提高器件性能提供理论依据。
关键词：暗电流； 碲镉汞； 光伏探测器； 实验分析； 模拟计算
１０１
１０６ ａ
≥
１０‘
图１ ５ＬＬＦＡｌ３的民与温度ｒ拟合结果
Ｆｉｇ．１ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ尺。觚ｄ ｒｆ研５ＬＬＦＡｌ３
ＩＯ‘ ｃ：
、
《１０５
１０４
图２ ５ＬＬＦＡｌ２的Ｒ与温度ｒ拟合结果
Ｆｉｇ．２ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆＲｏ ａｎｄ丁ｆｂｒ ５Ｉ Ｉ ＦＡｌ２
Ｔａｂ．１
利用激光束感生电流（ＬＢＩＣ）测试，得到探测
元直径为２０岬，少子扩散长度为９岫，由此可以
算出结面积（Ａ）为６．２８×１０曲ｃｍ２。 将待测样品用低温胶贴在ＧＭ２０５制冷机的冷头
上，并在冷头上安装冷屏，利用ＬａｋｅＳｈｏｒｅ３４０温控 仪及Ｋｅｉｔｈｌｅｙ４２００进行２０～２００ Ｋ温度范围内的变温 ■ｙ特性测试。测温精度为＋ｏ．０３ Ｋ，控温精度为±ｏ．３ Ｋ 以内，最小测试电流可以达到１０。１２ Ａ量级。
ｄｙｎ砌ｃ ｄｅｔｅｎｌｌｉｎｅｓ ｔｈｅ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｊｏｈｎｓｏｎ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｍｅ ｐｅｍ咖ａｎｃｅ ｏｆ ｍｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔ色ｍｐｅｒａｔＩｌｒｅ
Ｖａｒｉａｂｌｅ＾ｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨｇＣｄＴｂ ｌｏｎｇ ｗａＶｅ ｐｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｗｌｌｉｃｈ ｕｓｅｄ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ ａｎｎｕｌａｒ
外探测器的报道。对其研制的重点在于改善碲镉汞材 料性能、提高器件水平、降低成本等。器件暗电流的 大小及组成结构直接决定了器件的工作点及性能。因 此，进行器件暗电流机制分析研究是制备探测器过程 中一个必不可少的环节【¨。
收藕日期ｌ ２００７—０３—２７
。
作者蕾介ｔ李欣（１９８２一），男，云南昆明人，助理工程师，主要从事光伏红外探测器的研究。Ｅｍａｉｌ：ｕｘｉＩｌ５６２３４０９＠１６３．咖
２暗电流模型
电流和产生一复合电流都随着温度的降低而下降，但 是产生一复合电流下降的慢一些。这样当温度下降到 一定程度时，扩散电流和产生一复合电流变得可以比 拟，而在这个温度下，产生一复合电流对暗电流的贡献 就超过了扩散电流了。产生一复合电流可以表达为：
七：堂丛萼巡监
式中：Ⅶｉ和ｖ为内建势和反偏电压；自和６为真空介
万方数据
１９０
红外与激光工程：红外探测器及其在系统中的应用
第３６卷
１实验方法
采用ｐ型ＨｇＣｄＴｅ薄膜材料，利用离子刻蚀成结的 方式制备８×８元ｎ＋一ｏｎ－ｐ型光伏探测器。材料ｐ区载流 子浓度（尸０）为５．３×１０ｄ６ｃｌｌｌ一；空穴迁移率（胁）为 ３２７ ｃｍ２Ⅳｓ；组份（工）为０．２３０，器件厚度为１０¨ｍ。
ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｅ ｐｒｏＶｉｄｅｄ．
ｄ朗｝ｃｔｏｒ；Ｅｘ耐ｍｅｎｔ锄ａｌｙｓｅｓ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｄｓｔｉｃ；ＨｇＣｄＴｅ；ＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ
Ｍｏｄｅｈｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
Ｏ引 言
近年来，由于战略和战术上的强烈需求，ＨｇＣｄＴｅ 红外探测器得到了快速发展。出现了离子注入、原位 生长及离子刻蚀三种制备工艺，以及多色ＨｇｃｄＴｅ红
ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎ佰Ｄｒ ５Ｉ，Ｉ。ｆ’Ａ １３
万方数据
１９２
红外与激光工程：红外探测器及其在系统中的应用
第３６卷
图３是器件５ＬＬＦＡｌ３在工作温度时■ｙ曲线和 各种暗电流机制的拟合结果。从图中可以看出在小偏 压下（小于１５０ ｍＶ），产生复合电流为主要的暗电流 机制，在１５０～５００ ｍｖ范围，陷阱辅助隧穿电流为主 要暗电流机制。
拟合计算，可以看出器件５Ｉ，Ｉ，ＦＡｌ２的孙厶＆均比
器件５ＬＬＦＡｌ３的差，即器件５ＬＬＦＡｌ２的空间电荷区
和表面的产生复合电流比器件５ＬＬＦＡｌ３的大。分析 原因有二：
（１）材料缺陷导致器件５ＬＬＩ认１２过早出现隧穿
电流机制； （２）器件５ＬＩ，ＦＡｌ２钝化层缺陷导致器件表面漏
电过大，影响了器件特性。 ３．２器件在工作温度时的厶ｙ特性【７｛Ｊ
第３６卷，增刊
ｖ０１．３６ ＳｕｐｐｌｅＩｎｅｎｔ
红外与激光工程
Ｉ】匝ｆ１．ａＩｅｄ ａｎｄ Ｉ。ａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅ血ｇ
２００７年６月
Ｊｕｎ．２００７
ＨｇＣｄＴｅ环孔ｐ－ｎ结光伏探测器暗电流机制
李欣，王淑芬，毛京湘，赵晋云
（昆明物理研究所，云南 昆明 ６５０２２３）
摘要：ｐ—ｎ结厶ｙ特性是红外光伏探测器的一个重要指标，它直接决定了探测器的动态电阻和热
去２志＋击 民 （Ｒ）ｍ厅。（Ｒ）孽
式中： ｃ‰＝象（鲁Ｆ
＠…７
一５ Ｏ
一ｌ ０ ｋ
■
一１ ５
＾ｖ
．Ｏ —Ｕ叶
ｉ一 Ｏ ０ｏ
‘ 一２ Ｏ ｌＯ
一 ２ ５ ××Ｘ×× ｌ Ｏ ■
一Ｏ．５
一Ｏ．３ 矿
一Ｏ．１
图３ ５Ｉ．Ｉｆ’Ａ１３暗电流计算和测试结果 Ｆｉｇ．３ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ柚ｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
中圈分类号：ＴＮ２１５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７—２２７６（２００７）增（器件）一０１８９。０４
Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨｇＣｄ’Ｉ’ｅ ｐｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ
ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ａｎｎｕｌａｒ ａｐｅｒｔｕＩ．ｅ ｐ－ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ
。
万方数据
增干ｌＪ
李欣等：ＨｇＣｄＴｅ环孔ｐｎ结光伏探测器暗电流机制
１９１
件隧穿电流起支配作用的温度，从而进一步分析器件 合适的工作温度。
在热电流是主要暗电流机制的温度范围内，即扩 散电流与产生复合电流起主导作用的温度范围内，利 用公式（６）对所测器件５ＬＬＦＡｌ２、５ＬＬＦＡｌ３的实验 曲线进行拟合计算，得到孙众＆及隧穿电流起支 配作用的起始温度丁，拟合曲线如图１、图２所示， 拟合计算结果见表ｌ。
图４是器件５Ｉ，Ｉ臌１２在工作温度时厶ｙ曲线和
各种暗电流机制的拟合结果。从图中可以看出器件在 整个反向偏压下，暗电流机制均由辅助隧道电流决 定，由此也可说明在该温度点下，器件的暗电流已全 由隧道电流决定，与前面实验结果吻合。
Ｏ． 一５．Ｏ×１０ 一１．Ｏ×ｌＯ
～一１．５ＸｌＯ 一２．Ｏ×１０ —２．５×１０ —３．Ｏ×１０ 一Ｏ．５
电常数和ＨｇＣｄＴｅ相对介电常数；＾，’Ⅳ＾＾ＷⅣ＾＋＾ＩＤ；ｆ 为考虑了表面产生复合影响的空间电荷区载流子寿
命，即考虑了表面漏电的影响：
三一：＝一土＋＋—盟Ｌ
（（ｒ３ｊ）
ｆ乞
Ａ
式中：Ｐ，为结区的周长；岛为表面复合速率。
２．３辅助隧道电流模型
辅助隧道电流可用以下公式计算：
在现有材料和器件工艺水平下，ＨｇＣｄＴｅ光电二 极管的性能会受到过量暗电流的限制。因此，研究光 伏器件的暗电流机构，对研制光伏探测器有很重要的 指导意义。在无光照的情况下，通过ｐ—ｎ结的电流称 为暗电流。这种电流主要有以下来源［２－５１：
裹１器件拟合参数比较 Ｃｏｍｐａ订ｓｏｎ Ｏｆ ｄｅＶｉｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｐａ髓ｍｅｔｅ玮
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（民）Ｆ＝一
４％２ｆ
Ａ卯。（２岛乞／叫）２
由图１可知，仅当丁＜Biblioteka Baidu０ Ｋ时，器件５Ｉ，Ｉ．ＦＡｌ３
的Ｒｏ才随温度降低而基本不变；由图２可知，器件
５ＬＬｆ’Ａ１２当丁＜１２０ Ｋ时，器件的Ｒｏ由于受到了与温
度关系不大的隧穿电流机制的影响，基本不变。通过
（１）ｎ区和ｐ区的扩散电流； （２）产生一复合电流； （３）辅助隧道电流； （４）直接隧道电流。 ２．１扩散电流模型 扩散电流是ｐ—ｎ结二极管的基本电流机制，它产 生于空间电荷区两侧自由电子产生的热电子．空穴对 在少子扩散长度内的产生与复合，可以表达为：
‰＝弘若（警］ｉ（ｅｘｐ（詈）一·）㈣
扩散电流不像产生一复合电流或隧道电流那样对 空间电荷区的细节很敏感，在较高温度下，扩散电流 是ＨｇＣｄＴｅ光电二极管暗电流的主要部分。 ２．２产生．复合电流模型
２．４直接隧道电流模型
直接隧道电流可用以下公式计算：
，，
、
‰：１０五巩；毒ｅｘｐＩ兰骘ｌ （５）
Ｉ（心Ｋ）－Ｊ
式中：肋指数因子，取值范围为３×１０１０～４．３×１０１０
Ｖｆ＝１，ｂｆ－Ｖｂ。
３实验结果及讨论
３．１景件Ｒｏ与温度ｒ的关系悯 扩散电流和产生复合电流是热电流机制，与温度
的倒数呈指数变化，随着温度的降低电流下降显著， 而隧穿电流机制则与温度的关系不大。所以，可以通 过器件的Ｒ对数与温度的１ ０００／丁实验曲线得到器
ｐｒｏｂｌ锄ｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｍｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａＪｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｆｉｎｄ ｗＫｃｈ ｅｘｉｓｔ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，幽舶ｒｅ矗ｃａｌ ｒｅ舡ａｌｌｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏＶｉｎｇ妣ｈＩｌｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒａｉｓｉｎｇ ｐｅ哟ｎｒｌａｎｃｅ ｏｆ ｍｅ
上述各种暗电流机构都是平行作用的，因而ｎ＋－ｐ 结总电流为：
ｌ＝ｌ惦＋Ｉ蓼＋Ｉｔ戢七ｌ呶
Ｑ、）
参照８０ Ｋ时器件的，－ｙ实验曲线及测试数据对 公式（７）进行拟合分析计算，在拟合过程中，调整 材料及器件的一些不确定量，使拟合曲线及实验曲线 在不同偏压下尽量接近。器件在工作温度下的＾ｙ曲 线和各种暗电流机制的拟合结果如图３、图４所示。 图中显示了扩散电流（厶ｉｆｆ）、产生复合电流（ｋ）、 辅助隧道电流（ｋ）及拟合电流（五。。），从中可以看 到拟合电流和测试结果吻合很好，说明在测试范围 内，工作温度（８０ Ｋ）时，器件５ＬＬＦＡｌ３暗电流的 构成机制为扩散电流、产生复合电流、辅助隧道电流； 器件５ＬＬＦＡｌ２暗电流由辅助隧道电流决定。
ＵⅪｎ，ＷＡ ＮＧ Ｓｈｕ－ｆｅｎ，ＭＡＯ Ｊｉｎｇ—ｘｉａＩｌｇ，ＺＨＡＯ Ｊｉｎ—ｙｕｎ
（ＫｕｎＩＴｌｉｎｇ ＩＩｌｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌｌｙｓｉｃｓ’ＫｕｒｌＩＩｌｉｎｇ ６５０２２３，Ｃｈｉ咖
Ａｂｓｔｒａｃｔ：’Ｉｈｅ Ｊ—ｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｐ－ｎ ｔｉｅ ｉｓ ａＩｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｌｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｐｈｏｔ０Ｖｏｌｔａｌｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ．ｎ
位于空间电荷区的杂质或缺陷可以作为 Ｓｈｏｃｌ【ｌｅｙ—Ｒｅａｄ型的产生复合中心，从而产生结电流。 尽管空间电荷区的宽度比少子扩散长度小很多，但是 在低温下，这种电流则变得十分重要。这是因为扩散
ｋ删唧［刳
式中：ｃ：±堑堕竺兰篓善哑；ｖｆ：％一ｖ；口
ⅣＡ２
是与缺陷辅助隧穿中心密度相关的参数；毋是缺陷
辅助隧穿中心相对于导带的能级。
（２）表面钝化不均匀，导致小偏压下即产生很 大的产生复合电流，从而影响了器件性能。
，
４结论
（１）对采用离子刻蚀成结、环孔互连工艺制备
的ＭＣＴ光伏探测器暗电流特性进行了测试及理论计 算分析，得到了器件暗电流主要构成机制：对于暗电 流小的器件，在小偏压下（小于１５０ ｍＶ），产生复合 电流为主要的暗电流机制，在１５０。５００ ｍｖ范围，陷 阱辅助隧穿电流为主要暗电流机制。为了进一步提高 器件性能，减小暗电流，需进一步提高材料生长质量 及表面处理技术；
一Ｏ．３ 矿
一Ｏ．１
图４．５Ｉ．ＩｔＦＡｌ２暗电流计算和测试结果 Ｆ垮．４ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａＩｌｄ ｍｅａＬｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｍ ｆｏｒ ５Ｉ。Ｉ．Ｒ～１２
对比两器件，在同一工艺条件下，暗电流机制存 在着较大的区别，原因可能是：
（１）材料不均匀，且缺陷及杂质较多，导致同 一材料制备的器件隧穿电流起决定作用的温度及偏 压都不相同；
噪声，决定了探测器的性能。实验主要对离子刻蚀环孔ｐ．ｎ结ＨｇｃｄＴｅ长波光伏探测器进行变温厶ｙ
特性测试分析。通过对测试实验数据拟合，从理论上计算了探测器在不同温度及不同偏压下的暗电
流，得到一些相关的材料和器件性能参数。希望利用分析计算结果了解工艺中存在的问题，对改进
工艺及提高器件性能提供理论依据。
关键词：暗电流； 碲镉汞； 光伏探测器； 实验分析； 模拟计算
１０１
１０６ ａ
≥
１０‘
图１ ５ＬＬＦＡｌ３的民与温度ｒ拟合结果
Ｆｉｇ．１ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ尺。觚ｄ ｒｆ研５ＬＬＦＡｌ３
ＩＯ‘ ｃ：
、
《１０５
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图２ ５ＬＬＦＡｌ２的Ｒ与温度ｒ拟合结果
Ｆｉｇ．２ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆＲｏ ａｎｄ丁ｆｂｒ ５Ｉ Ｉ ＦＡｌ２
Ｔａｂ．１
利用激光束感生电流（ＬＢＩＣ）测试，得到探测
元直径为２０岬，少子扩散长度为９岫，由此可以
算出结面积（Ａ）为６．２８×１０曲ｃｍ２。 将待测样品用低温胶贴在ＧＭ２０５制冷机的冷头
上，并在冷头上安装冷屏，利用ＬａｋｅＳｈｏｒｅ３４０温控 仪及Ｋｅｉｔｈｌｅｙ４２００进行２０～２００ Ｋ温度范围内的变温 ■ｙ特性测试。测温精度为＋ｏ．０３ Ｋ，控温精度为±ｏ．３ Ｋ 以内，最小测试电流可以达到１０。１２ Ａ量级。
ｄｙｎ砌ｃ ｄｅｔｅｎｌｌｉｎｅｓ ｔｈｅ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｊｏｈｎｓｏｎ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｍｅ ｐｅｍ咖ａｎｃｅ ｏｆ ｍｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔ色ｍｐｅｒａｔＩｌｒｅ
Ｖａｒｉａｂｌｅ＾ｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨｇＣｄＴｂ ｌｏｎｇ ｗａＶｅ ｐｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｗｌｌｉｃｈ ｕｓｅｄ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ ａｎｎｕｌａｒ
外探测器的报道。对其研制的重点在于改善碲镉汞材 料性能、提高器件水平、降低成本等。器件暗电流的 大小及组成结构直接决定了器件的工作点及性能。因 此，进行器件暗电流机制分析研究是制备探测器过程 中一个必不可少的环节【¨。
收藕日期ｌ ２００７—０３—２７
。
作者蕾介ｔ李欣（１９８２一），男，云南昆明人，助理工程师，主要从事光伏红外探测器的研究。Ｅｍａｉｌ：ｕｘｉＩｌ５６２３４０９＠１６３．咖
２暗电流模型
电流和产生一复合电流都随着温度的降低而下降，但 是产生一复合电流下降的慢一些。这样当温度下降到 一定程度时，扩散电流和产生一复合电流变得可以比 拟，而在这个温度下，产生一复合电流对暗电流的贡献 就超过了扩散电流了。产生一复合电流可以表达为：
七：堂丛萼巡监
式中：Ⅶｉ和ｖ为内建势和反偏电压；自和６为真空介
万方数据
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红外与激光工程：红外探测器及其在系统中的应用
第３６卷
１实验方法
采用ｐ型ＨｇＣｄＴｅ薄膜材料，利用离子刻蚀成结的 方式制备８×８元ｎ＋一ｏｎ－ｐ型光伏探测器。材料ｐ区载流 子浓度（尸０）为５．３×１０ｄ６ｃｌｌｌ一；空穴迁移率（胁）为 ３２７ ｃｍ２Ⅳｓ；组份（工）为０．２３０，器件厚度为１０¨ｍ。
ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｅ ｐｒｏＶｉｄｅｄ．
ｄ朗｝ｃｔｏｒ；Ｅｘ耐ｍｅｎｔ锄ａｌｙｓｅｓ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｄｓｔｉｃ；ＨｇＣｄＴｅ；ＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ
Ｍｏｄｅｈｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
Ｏ引 言
近年来，由于战略和战术上的强烈需求，ＨｇＣｄＴｅ 红外探测器得到了快速发展。出现了离子注入、原位 生长及离子刻蚀三种制备工艺，以及多色ＨｇｃｄＴｅ红
ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎ佰Ｄｒ ５Ｉ，Ｉ。ｆ’Ａ １３
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第３６卷
图３是器件５ＬＬＦＡｌ３在工作温度时■ｙ曲线和 各种暗电流机制的拟合结果。从图中可以看出在小偏 压下（小于１５０ ｍＶ），产生复合电流为主要的暗电流 机制，在１５０～５００ ｍｖ范围，陷阱辅助隧穿电流为主 要暗电流机制。
拟合计算，可以看出器件５Ｉ，Ｉ，ＦＡｌ２的孙厶＆均比
器件５ＬＬＦＡｌ３的差，即器件５ＬＬＦＡｌ２的空间电荷区
和表面的产生复合电流比器件５ＬＬＦＡｌ３的大。分析 原因有二：
（１）材料缺陷导致器件５ＬＬＩ认１２过早出现隧穿
电流机制； （２）器件５ＬＩ，ＦＡｌ２钝化层缺陷导致器件表面漏
电过大，影响了器件特性。 ３．２器件在工作温度时的厶ｙ特性【７｛Ｊ