探测器暗电流综述报告
关于光电导探测器的调查报告
关于光电导探测器的调查报告1.工作原理和特性利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。
所谓光电导效应,是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。
光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。
在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等;在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。
光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。
为了避免光生载流子扩散引起图像模糊,连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。
其他材料可采取镶嵌靶面的方法,整个靶面由约10万个单独探测器组成。
光电导效应是内光电效应的一种。
当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时,光子能够将价带中的电子激发到导带,从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。
这里h是普朗克常数,v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度(单位为电子伏)。
因此,本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c为光速。
本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。
在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料,因而人们利用非本征光电导效应。
Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级,照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能,就能够产生光生自由电子或自由空穴。
非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得λc=1.24/E i式中Ei代表杂质能级的离化能。
到60年代中后期,Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe 等三元系半导体材料研制成功,并进入实用阶段。
它们的禁带宽度随组分x值而改变,它与工作在同样波段的Ge:Hg探测器相比有如下优点:①工作温度高(高于77K),使用方便,而Ge:Hg工作温度为38K。
②本征吸收系数大,样品尺寸小。
③易于制造多元器件。
2.常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有:CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有:PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等;CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。
光电探测实验报告
光电探测技术实验报告班级:10050341学号:05姓名:解娴实验一光敏电阻特性实验一、实验目的1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型;2.了解光敏电阻的基本特性;3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流,并作出V/A曲线。
二、实验原理伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。
这种差别是当增加电压时,光敏电阻的光电流没有饱和现象,因此,它的灵敏度正比于外加电压。
光敏电阻与外光电效应光电元件不同,具有非线性的光照特性。
各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。
大多数场合证明,各种光敏电阻均存在着分析关系。
这一关系为=ΦI kαΦ式中,K为比例系数;是永远小于1的分数。
光电流的增长落后于光通量的增长,即当光通量增加时,光敏电阻的积分灵敏度下降。
这样的光照特性,使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。
光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。
目前已有就像真空光电管—样,它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。
光敏电阻的积分灵敏度非常大,最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A/lm,这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120,000倍。
三、实验步骤1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图1接线,电源可从+2V~+8V间选用,分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。
则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL,亮电流与暗电流之差称为光电流,光电流越大则灵敏度越高。
2、伏安特性光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。
按照图1接线,分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流,并尝试高照度光源的光强,测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。
将所测得的结果填入表格并做出V/I曲线。
图1光敏电阻的测量电路偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I四、实验数据实验数据记录如下:光电流:E/V246810U/V0.090.210.320.430.56I/uA1427.54255.270.5暗电流:0.5uA实验数据处理:拟合曲线如下:五、实验结论通过本次实验了解了一些常用的光敏电阻的类型、内部结构及其基本特性,也熟练掌握了光敏电阻的特性测试的方法。
光电探测器的性能测试与分析
光电探测器的性能测试与分析一、引言光电探测器是一种重要的光电器件,其性能的优劣直接影响到光电仪器的使用效果。
因此,对于光电探测器的性能测试与分析具有重要意义。
本文将从光电探测器的性能测试方法、测试参数的选择、测试结果分析等多个方面进行详细探讨。
二、光电探测器的性能测试方法1. 光谱响应测试光谱响应测试是评估光电探测器对不同波长光的响应能力的重要方法。
常用的测试设备包括光源、光谱辐射计和系统软件等,通过调节光源的波长和强度,测量光电探测器在不同波长下的响应能力。
2. 响应时间测试响应时间是指光电探测器从接收到光信号到达稳定的响应状态所需的时间。
正确测试光电探测器的响应时间可以帮助评估其在高速光信号检测和快速数据采集等应用中的适用性。
常用的测试方法包括脉冲激励法和步阶激励法。
3. 暗电流测试暗电流是指光电探测器在没有光照的情况下产生的电流。
暗电流是评估光电探测器的敏感性能和噪声特性的重要参数。
测试时需要排除光源的影响,并通过调节环境温度等因素来控制暗电流的大小。
4. 噪声测试噪声是光电探测器输出信号中不希望的波动成分,会干扰信号的准确度和稳定性。
常见的噪声包括热噪声、暗噪声和自由噪声等。
噪声测试可以通过测量输出信号的功率谱密度来进行。
三、测试参数的选择在进行光电探测器的性能测试时,需要选择合适的测试参数。
首先,需要根据实际应用需求选择测试范围和测试精度。
其次,需要考虑光电探测器的工作原理、结构特点和材料特性等因素,选择合适的测试方法和测试设备。
最后,需要根据测试结果的应用场景,选择合适的性能指标进行评估。
四、测试结果分析在进行光电探测器的性能测试后,需要对测试结果进行分析。
首先,需要比较测试结果与规格书中的标准值是否一致,以验证光电探测器是否符合规格要求。
其次,需要分析测试结果的稳定性和可重复性,确定光电探测器的长期稳定性能。
最后,需要与其他同类产品进行对比分析,评估光电探测器在市场竞争中的优势和劣势。
基于钙钛矿材料的光电探测器研究综述
光电导元件,光敏层作为两个横向金属电极之间 的通道,使光子电子转换过程的简单传感机制相当于 光导效应。同样,电极间通道上的光产生载流子在偏 置电压下被分离,然后在电极处被收集。这种器件结 构一大优点在于制备十分简便,此外,透明电极对于 这种类型的器件来说也并不是必不可少的,因此在材 料选择的范围方面,尤其是柔性光电器件方面,具有 很大的优势。然而,这些平面结构的器件往往会受到 慢光反应、低光敏度和明显的电滞现象的影响,需要 光选效应和其他方法克服。
关键参数
外量子效率 外量子效率 (External Quantum Efficiency, EQE) 表示光子-电子转换效率,并计算如下:
EQE=
(1)
其中, 是入射光子能量, 是单电子电荷。
Байду номын сангаас
响应率
响应率 (Photoresponsivity, R) 主要与探测器的量
子产率相关,实验计算中由下式给出:
光电晶体管在器件中加入了栅极和介电层,以减 少噪声电流,放大电信号,并提高响应度 R 和增益 G。 通过进一步将钙钛矿与其他高迁移率的半导体结合在 一起,产生了光选效应,即电子或空穴中一者被转移 到高迁移率的半导体中,作为电荷传输通道,而另一 种载流子则被困在原位,作为栅极,通过电容耦合调 节钙钛矿的电导率。
载流子输运特性 钙钛矿材料的载流子迁移率与 GaAs 和 Si 无 机材料相当,多晶薄膜钙钛矿的载流子迁移率为 1~30 cm2 ·V-1·s-1,而在钙钛矿单晶体材料中,由于 其纯度高,晶界少,缺陷密度更低,迁移率可达 200 cm2·V-1·s-1 以上 [10]。钙钛矿材料中的载流子寿命 也与 GaAs 相近,为 100 ns~15 s。良好的载流子迁 移率和长的载流子寿命导致了钙钛矿材料中载流子扩
光电探测综合实验报告
一、实验目的1. 理解光电探测的基本原理和实验方法。
2. 掌握光电探测器的使用和调试技巧。
3. 学习光电探测实验的测量和分析方法。
4. 通过实验,加深对光电探测技术在实际应用中的理解和应用。
二、实验原理光电探测是利用光电效应将光信号转换为电信号的过程。
光电探测器是光电探测系统的核心部件,它将光信号转换为电信号,然后通过放大、滤波等电路处理后,输出可供进一步处理和利用的电信号。
本实验主要涉及以下光电探测器:光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。
光电二极管是一种半导体器件,具有光电转换效率高、响应速度快、体积小等优点。
光电三极管是一种具有放大作用的光电探测器,它可以将微弱的光信号放大成较大的电信号。
光电耦合器是一种将输入信号的光电转换和输出信号的传输分开的器件,具有良好的隔离性能。
三、实验仪器与设备1. 光源:LED灯、激光笔等。
2. 光电探测器:光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。
3. 放大器:运算放大器、低噪声放大器等。
4. 测量仪器:示波器、万用表等。
5. 连接线、测试板等。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试(1)测试前准备:将光电二极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
(2)测试步骤:① 将光电二极管正向偏置,调整偏置电压,观察并记录光电二极管的伏安特性曲线。
② 将光电二极管反向偏置,调整偏置电压,观察并记录光电二极管的反向饱和电流。
③ 测量光电二极管的暗电流和亮电流。
2. 光电三极管特性测试(1)测试前准备:将光电三极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
(2)测试步骤:① 将光电三极管集电极、基极和发射极分别连接到电路中,调整基极偏置电压,观察并记录光电三极管的伏安特性曲线。
② 测量光电三极管的集电极电流、基极电流和发射极电流。
③ 测试光电三极管的电流放大倍数。
3. 光电耦合器特性测试(1)测试前准备:将光电耦合器、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
(2)测试步骤:① 将光电耦合器的输入端和输出端分别连接到电路中,调整输入端电压,观察并记录光电耦合器的传输特性曲线。
光电探测器实验报告
光电探测器实验报告光电探测器实验报告引言:光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置,广泛应用于光学通信、光电测量等领域。
本实验旨在通过实际操作,了解光电探测器的工作原理、特性以及应用。
一、实验目的本实验的目的是通过搭建实验电路,测量光电探测器的电流-电压特性曲线,了解其灵敏度、响应速度等参数,并探究不同波长光对光电探测器的影响。
二、实验装置与方法本实验所用的主要装置有光电探测器、光源、电流电压源、示波器等。
首先,将光电探测器与电流电压源相连接,然后将示波器与光电探测器并联,最后将光源对准光电探测器。
在实验过程中,我们将改变电流电压源的输出电压,记录光电探测器的输出电流,并观察示波器上的波形。
三、实验结果与分析通过实验测量,我们得到了光电探测器的电流-电压特性曲线,如图1所示。
从图中可以看出,当电压较小时,光电探测器的输出电流较小,随着电压的增加,输出电流逐渐增大。
当电压达到一定值后,输出电流基本保持稳定。
这是因为在低电压下,光电探测器的内部电场较弱,电子-空穴对的产生较少,因此输出电流较小。
随着电压的增加,内部电场增强,电子-空穴对的产生增多,导致输出电流增大。
当电压达到一定值后,内部电场已经达到饱和,此时输出电流基本保持稳定。
图1 光电探测器的电流-电压特性曲线另外,我们还对不同波长光对光电探测器的影响进行了实验。
通过改变光源的波长,我们测量了不同波长下光电探测器的输出电流。
实验结果显示,当光源的波长与光电探测器的工作波长匹配时,输出电流最大。
这是因为光电探测器对特定波长的光敏感度最高,其他波长的光则会引起较小的输出电流。
这一特性使得光电探测器在光学通信等领域中具有重要的应用价值。
四、实验总结通过本次实验,我们深入了解了光电探测器的工作原理和特性。
光电探测器的电流-电压特性曲线反映了其灵敏度、响应速度等重要参数。
同时,不同波长光对光电探测器的影响也得到了验证。
这些实验结果有助于我们更好地理解光电探测器的应用和优化设计。
直接探测和相干探测综述
2. 相干探测的基本特性 相干探测优点:(与直接探测对比)
探测能力强 转换增益高 信噪比高 滤波性好
稳定性和可靠性高
相干探测优点之一:
探测能力强,可还原信号光信息
I hs S 2as ar cos(t )
信号光波的 振幅 频率 相位 只要知道参考光的全部信息,就可以恢复 信号光波的全部信息 直接探测--光的强度:as2
I hs S 2as ar cos(t )
s r s r
r s f s f r c s r s r
c c
<1010Hz
例:1.55µ m和1.5501µ m双光束
6 0 . 0001 10 10 3 108 1 . 25 10 Hz 12 1.55 1.5501 10
基准精度 幅度 频率 10-3~10-4 10-6~10-8 测量精度 10-2~10-3 10-5~10-7 基准稳定方法
模拟量 稳定电路
晶振, 数字锁相环
现代光电测量中常优先考虑采用频率测量法!
9.1.3直接探测的应用举例
例3. 光电测距 发射光波
--光电光波测距
0t 0 2D / c
2 2 s
最理想情况,只有信号光电流 引起的散粒噪声(忽略吗?)
s SNRd 2hv f
i
2 nS
2eISf
--直接探测的量子极限
s SNRd 2hv f
2hv f
-直接探测的量子极限
量子极限的另一种表达是:
NEPd
-直接探测的噪声等效功率
例:η为1,Δf为1Hz,~2hν,已很接近单个光子的
要求频差极小!
光电探测实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过实际操作,了解光电探测的基本原理和实验方法,掌握光电探测器的性能测试技术,并分析光电探测在现实应用中的重要性。
实验过程中,我们对光电探测器的响应特性、灵敏度、探测范围等关键参数进行了测试和分析。
二、实验原理光电探测器是一种将光信号转换为电信号的装置,广泛应用于光电通信、光电成像、环境监测等领域。
实验中,我们主要研究了光电二极管(Photodiode)的工作原理和特性。
光电二极管是一种半导体器件,当光照射到其PN结上时,会产生光生电子-空穴对,从而产生电流。
三、实验仪器与材料1. 光电二极管2. 光源(激光笔、LED灯等)3. 光电探测器测试仪4. 示波器5. 数字多用表6. 光纤连接器7. 光学平台8. 环境温度计四、实验步骤1. 光电二极管性能测试(1)将光电二极管与光源、测试仪连接,确保连接牢固。
(2)调整光源强度,观察光电探测器输出电流的变化,记录不同光照强度下的电流值。
(3)测试光电二极管在不同波长下的光谱响应特性,记录不同波长下的电流值。
2. 光电探测器灵敏度测试(1)调整环境温度,观察光电探测器输出电流的变化,记录不同温度下的电流值。
(2)改变光源距离,观察光电探测器输出电流的变化,记录不同距离下的电流值。
3. 光电探测器探测范围测试(1)在固定光源强度下,调整探测器与光源的距离,观察输出电流的变化,记录探测范围。
(2)在固定探测器与光源的距离下,调整光源强度,观察输出电流的变化,记录探测范围。
五、实验结果与分析1. 光电二极管性能测试实验结果表明,随着光照强度的增加,光电二极管输出电流逐渐增大。
在相同光照强度下,不同波长的光对光电二极管输出的电流影响不同,表明光电二极管具有光谱选择性。
2. 光电探测器灵敏度测试实验结果显示,随着环境温度的升高,光电二极管输出电流逐渐增大,表明光电探测器对温度具有一定的敏感性。
同时,在光源距离变化时,光电探测器输出电流也相应变化,说明光电探测器的探测范围与光源距离有关。
MSM探测器的研究综述
MSM探测器的研究综述莫秋燕;吴家隐【摘要】光探测器是光纤通信系统的重要组成部分。
金属-半导体-金属光电探测器(metal-semicondctor-metal photodetector, MSM-PD)具有寄生电容低,响应波长可覆盖光通信1300-1550nm的低损耗窗口波段等优点。
在制作工艺方面,MSM-PD结构简单,易于制作,从晶体生长到器件制作的整个过程与FET兼容。
因此,MSM-PD已成为光电子集成电路、高速光纤通信系统的高响应光电器件领域的重要研究对象。
简要介绍了MSM光探测器的技术概况,分析了MSM-PD的基本原理和性能参数,并论述了MSM探测器的发展趋势。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】1页(P65-65)【关键词】MSM光探测器;肖特基;材料;暗电流【作者】莫秋燕;吴家隐【作者单位】凯里学院物理与电子工程学院,贵州凯里 556011;中国电信股份有限公司广东研究院,广东广州 510630【正文语种】中文1971年,美国的S.M.Sze等首先提出平面型的金属-半导体-金属(MSM)结构的概念,并研制出硅上的MSM结构器件。
1985年,德国半导体电子研究所率先将MSM 的概念应用到光电探测器上,发明了用叉指做电极,叉指间隙做光敏面的横向结构叉指状电极的肖特基光电二极管,研制出第一个CaAs MSM-PD。
目前,MSM-PD材料研究的主要方向包括Si、SiGe、GaAs、InP及GaN等。
研究发现,III-V族元素(如GaAs、InP等)的禁带宽度对应的响应波长范围涵盖了通信等应用领域,且用III-V族元素研制的MSM-PD与GaAs/InP的单片集成电路在制作工艺有很好的兼容,所以是在光电集成器件中应用广泛。
从光探测器工作原理上,光电探测器可以归类为MSM-PD、PIN-PD、APD-PD等。
PIN-PD响应速度较慢,而APD-PD具有需要稳定的高偏压,且倍增系数受温度影响大等缺点。
光电探测器综述讲解
光电探测器综述摘要:近年来,围绕着光电系统开展了各种关键技术研究,以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器(Photodetecto)及光电集成电路(OEIC)已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度,高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器,不仅是光通信技术发展的需要,也是实现硅基光电集成的需要,具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向,对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词:光电探测器,Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectric detector(Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has become amajor new challenge. Especially high response speed ,high quantumefficiency, and low dark current high-performance photodetector, is not onlythe needs for development of optical communication technology, but alsorealize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the very highresearch value. This paper reviews the development of different characteristics andresults of photodetector for the past decade, and discusses the photodetector developmentdirection in the next few years,the study of high performance photoelectric detector,the structure, and related technology, manufacturing, has very importantpractical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1 概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用,这主要是基于半导体材料的光生伏特效应,所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究
量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究引言量子点红外探测器(Quantum Dot Infrared Photodetector,QDIP)近年来在红外检测领域展示出了巨大的潜力,已被广泛应用于安全检测、半导体材料学以及生物医学领域。
QDIP具有高灵敏度、快速响应和宽波段等优势,因此对其性能参数进行深入研究具有重要意义。
本文将重点探讨QDIP的暗电流及噪声特性研究,分析其对红外探测器性能的影响。
一、暗电流特性研究暗电流是指在没有光照射的情况下,探测器本身产生的电流。
在红外探测器中,暗电流来源较多,如载流子之间的复合、杂质电离以及边缘漏电等。
暗电流对红外探测器性能的影响主要体现在信噪比以及探测灵敏度上。
1. 暗电流对信噪比的影响暗电流的存在会导致探测器底噪电流的增加,进而降低信噪比。
信噪比是评估探测器性能好坏的重要指标,对于红外成像和红外光谱分析等应用具有重要意义。
通过研究不同条件下的暗电流特性,可以优化探测器材料与结构,减小暗电流的产生,从而提高探测器的信噪比。
2. 暗电流对探测灵敏度的影响探测灵敏度是指探测器单位输入能量变化时的响应能力。
暗电流会增加背景信号的噪声,降低探测灵敏度。
针对暗电流这一问题,可通过控制材料的制备工艺、优化结构设计等手段,降低暗电流的产生,并提高探测器的灵敏度。
二、噪声特性研究噪声是指电子系统中各种电子态的随机变动所引起的信号干扰。
影响QDIP性能的噪声主要有热噪声、暗电流噪声和灯光电流噪声等。
1. 热噪声热噪声是指由于电子的热激发和热传导引起的随机电流波动。
热噪声源自于电子系统内各种电子态的随机运动。
通过降低探测器的工作温度或优化材料制备工艺,可以有效减小热噪声对QDIP的影响。
2. 暗电流噪声暗电流的存在会增加背景信号的噪声,从而降低探测器的信噪比。
减小暗电流噪声的方法主要包括提高探测器的材料质量、优化结构设计以及制备过程中的控制。
光电探测器综述(PD)
光电探测器综述摘要:近年来,围绕着光电系统开展了各种关键技术研究,以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器(Photodetector)及光电集成电路(OEIC)已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度,高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器,不仅是光通信技术发展的需要,也是实现硅基光电集成的需要,具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向,对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词:光电探测器,Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ,highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用,这主要是基于半导体材料的光生伏特效应,所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究宇宙大爆炸初期宇宙的演变一直是天文学家研究的热点,该时期的宇宙辐射信息主要集中在中短波红外光波段。
中短波HgCdTe红外焦平面探测器能同时满足天文观测的低暗电流、大面阵规模和低盲元率的三大需求,被广泛用于天文探测器的研制。
随着中短波HgCdTe红外焦平面探测器的发展,其暗电流越来越小,这就对暗电流I—V特性的测试方法提出了更高的要求。
另一方面,HgCdTe红外焦平面探测器的制备工艺过程复杂,导致器件产生盲元的因素较多,使盲元的成因分析变得复杂,同时器件规模的不断扩大,进一步增加了盲元分析的难度。
本文围绕中短波HgCdTe红外焦平面探测器,研究了两种微弱电流测试方法,运用改进后的测试系统测试了中短波HgCdTe探测器的暗电流并结合器件工艺进行了分析,利用数据关联分析以及结合X射线CT成像实验的方法研究了器件中出现“响应率盲元对”的原因。
论文的主要内容如下:研究了HgCdTe探测器微弱电流I—V特性测试方法并搭建了新的测试系统,使暗电流I—V特性的测试能力比原有测试方法(系统)提高2~3个数量级。
分析了测试系统噪声的来源,根据不同噪声的特点采取相应的降噪方法,提出了振动引起噪声的机理,并通过改进器件的电学连接方式降低了制冷设备的振动噪声,最终使系统误差小于10fA;计算了实际测试时冷屏辐射引起的暗电流大小,得到了满足中短波HgCdTe探测器暗电流测试需求的全封闭冷屏温度关系;详细分析了测试系统电容效应对器件微弱暗电流I—V特性测试的影响,通过实验确定了满足中短波HgCdTe探测器暗电流测试所需的时序方案。
测试并分析了不同衬底中波HgCdTe红外探测器的变温暗电流I—V特性。
对器件的R—V特性进行了拟合分析,得到不同衬底的中波HgCdTe探测器在液氮温度下的暗电流的主要成分为产生复合电流,且CZT衬底器件的SRH寿命大于Si衬底器件,Si衬底器件大于GaAs衬底器件;准确测试了Si基衬底中波HgCdTe探测器的变温暗电流特性,通过对比发现了实验样品比国际上报道的器件的优值因子在不同温度下均相差2~3个数量级,通过比较分析器件制备工艺过程的差异,且将变温暗电流特性分为高温和低温两个温度区间进行了分析,得到在高温区间引起探测器性能差异的原因或为Hg空位掺杂p型层与非本征掺杂p 型层少子寿命上的差异,在低温区间的差异可能由于n型层中存在离子注入损伤导致材料的SRH寿命偏低。
p-i-n InPInGaAs光电探测器的电流及电容特性研究
文章编号:1672-8785(2021)01-0001-05p-i-n In&InGaAs光电探测器的电流及电容特性研究夏少杰陈俊"(苏州大学电子信息学院,江苏苏州215006)摘要:为了实现高灵敏度探测,红外探测器需要得到优化&利用Silvaco 器件仿真工具研究了 p-i-n 型InP/Ino. 53Ga 0.47As/In 0. 53Ga °. 47A s 光电探测器的结构, 并模拟了该结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流以及结电容的影响&结果表 明,随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大,器件的暗电流逐渐减小,结电容逐渐增 大。
当台阶宽度变窄时,器件的暗电流随之减小,结电容也随之变小。
最后研 究了光强和频率对器件结电容的影响&在低光强下,器件的结电容基本不变; 当光强增大到1 W /m 2时,器件的结电容迅速增大&器件的结电容随频率的升 高而减小,其 &关键词:近红外光电探测器;InP/InGaAs ;暗电流;结电容中图分类号:TN362文献标志码:A DOI : 10.3969/j.issn.1672-8785.2021.01.001Research on Current and Capacitance Characteristicsof p-i-n In&InGaAs PhotodetectorXIA Shao-jie ,CHEN Jun **收稿日期:2020-08-28基金项目:国家自然科学基金项目(61774108)作者简介:夏少杰(1995-),男,江苏苏州人,硕士生,主要从事红外光电器件研究。
*通讯作者:E-mail : ****************.cn(.School of Electronic and Information Engineering ,Soocho2 University ,Suzhou 215006,China )Abstract : In order to achieve high sensitivity detection ,infrared detectors need to be optimized. Based on the Silvaco device simulation tool, the photoelectric characteristics of p-i-n InP/IriQ,53GaQ,47As/In 0.53GaQ,47As photode tector is analyzed. The effects of absorption concentration and mesa width on dark current and junction capaci tance in the structure are simulated. The results show that as the doping concentration of the absorption layergradua <yincreases ,thedarkcu r entofthedevicegradua <ydecreases ,andthejunctioncapacitancegradua <y increases. When the mesa width becomes narrower ,the dark current of the device decreases ,and the junctioncapacitance becomes smaller. Finally ,the effect of light intensity and frequency on the device junction capaci tance is studied. At low light intensity ,the device junction capacitance is basically unchanged. When the light intensityincreasesto1 W /cm 2!thedevicejunctioncapacitanceincreasesrapidly2Thedevicejunctioncapaci-tance increases with frequency decreasing. The peak is caused by defect levels.Key words:near-infrared photodetector;InP/InGaAs;dark current;junction capacitance0引言随着红外探测技术的不断发展,红外探测器作为该技术中最核心的部分也发展极为迅猛&红外探测器可将人类肉眼不可见的红外辐射能转换为可测量的能量!其研究最重要的是材料和器件结构的选择。
高速InGaAsPIN光电探测器の研究
摘要本论文工作围绕1.O.1.6um光通讯波段In0,53Gao.47AsPIN超高速光电探测器的研制开展,针对超高速光电探测器的特点,以光电探测器的设计、制作和测试\/为主要内容,研制出了一批性能良好的光电探测器,,f}导到了下面一些结果:…\1.在对光电探测器的卜V特性、量子效率、C—V特性和瞬态响应速度进行计算和讨论的基础上,进行了探测器的结构设计。
从优化探测器的响应速度、耦合效率和量子效率的角度出发,提出了合理的Ino.53Gao47AsPIN光电探测器的外延层材料结构和器件图形结构,利用这个结构进行了探测器的版图设计,得到了实用可行的正面入射台面结构Ino53Gao47AsPIN光电探测器版图。
2.通过正胶反转工艺、湿法腐蚀工艺和聚酰亚胺的钝化工艺实验,得到了合适的Ino53Qao47AsPIN光电探测器的单项工艺条件,利用这些单项工艺制定出了详细的探测器工艺流程,并且利用这个工艺流程制成了一批IIl0.53Gao47AsPIN光电探测器芯片。
3.通过对探测器卜V特性、光谱响应、C—V特性和瞬态时域响应的测试原理和方法的讨论,利用相应的测试设备对探测器的性能参数进行了测量,并对典型器件的测试结果进行了分析。
由探测器的卜V特性曲线得到了典型器件在.5V下的反向暗电流为640pA,,击穿电压为37V;由探测器的光谱响应得到了探测器的峰值响应波长为1.65um、短波方向的截止波长为Ium、长波方向的截止波长为1.75um;由探测器的C—V特性曲线得到了典型探测器的在.5V偏压下的电容约为1.4pf,通过对C—V特性的讨论得到了影响探测器的电容的主要因素是分布参数:由探测器的时域瞬态响应的测量得到了典型器件在.IOV下的上升时间为37ps,下降时间为30ps,半高宽为48ps,通过时域瞬态响应曲线,探讨了影响探测器响应速度的主要因素,得到了电路的RC时间常数、载流子在耗尽区外的扩散作用和测试系统的响应速度是影响探测器的响应速度的主要因素的结论,并且对测试系统中存在的问题进行了分析,预期改进测试系统后,可一l、以获得更符合实际的测量结果。
光电探测器综述(PD)分解
光电探测器综述摘要:近年来,围绕着光电系统开展了各种关键技术研究,以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器(Photodetector)及光电集成电路(OEIC)已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度,高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器,不仅是光通信技术发展的需要,也是实现硅基光电集成的需要,具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向,对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词:光电探测器,Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ,highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用,这主要是基于半导体材料的光生伏特效应,所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
暗电流定义
暗电流定义嘿,朋友们!今天咱来聊聊暗电流这个有点神秘又超级重要的概念。
你可别被它的名字里的“暗”给吓到哦,它其实在很多领域都有着不可或缺的作用呢!暗电流啊,就像是一个隐藏在黑暗中的小精灵,虽然我们平时不太容易察觉到它,但它却一直在默默地发挥着自己的作用。
你可以把它想象成是电子世界里的一个“小秘密特工”,悄悄地在背后为各种电子设备和科学研究工作助力。
在电子学领域,暗电流可是个常见的家伙。
它指的是在没有光照或者其他外部刺激的情况下,电子元件中仍然会存在的那一小股电流。
这就有点像一个安静的小河流,即使没有大风大浪的推动,它也会自己缓缓地流淌。
比如说在一些半导体器件中,比如光电二极管,即使没有光照射到它上面,它内部也会有一些电子在悄悄地移动,形成暗电流。
虽然这些电子的流动很微弱,但它们却可能会对整个器件的性能产生影响哦。
就好比一个小齿轮在一个大机器里,虽然它很小,但如果它的转动出现了问题,可能就会影响整个机器的运转呢。
对于一些高精度的测量仪器和传感器来说,暗电流的控制就显得尤为重要啦。
想象一下,如果我们要测量一个非常微弱的信号,就像在黑暗中寻找一颗非常细小的星星一样,而暗电流就像是一片淡淡的云层,如果它太大了,就会把我们要找的那颗星星给遮住,让我们无法准确地测量到那个微弱的信号。
所以科学家和工程师们就得想办法来降低暗电流,提高仪器的灵敏度和准确性。
他们就像一群聪明的魔法师,通过各种技术手段来驯服这个小小的“电流精灵”,让它乖乖地为我们服务,而不会捣乱。
在天文学领域,暗电流也有着它的身影哦。
天文望远镜在观测宇宙中的天体时,即使是在漆黑的夜空中,探测器也会检测到一些电流信号,这其中就有暗电流的贡献。
为了能更清晰地看到遥远的星星和星系,天文学家们需要对暗电流进行精确的测量和校正。
这就像是要在一片嘈杂的背景音中,分辨出一个非常微弱的声音一样,需要非常高超的技术和耐心。
他们会通过一些特殊的算法和处理方法,把暗电流的影响从观测数据中去除掉,就像把那片遮住星星的云层拨开,让我们能够更清楚地看到宇宙的奥秘。
不同钝化结构的HgCdTe光伏探测器暗电流机制
摘要 : 在同一 HgCdTe 晶片上制备了单层 ZnS 钝化和双层 (CdTe + ZnS) 钝化的两种光伏探测器 ,对器件的性能进行 了测试 ,发现双层钝化的器件具有较好的性能. 通过理论计算 ,分析了器件的暗电流机制 ,发现单层钝化具有较高 的表面隧道电流. 通过高分辨 X 射线衍射中的倒易点阵技术研究了单双层钝化对 HgCdTe 外延层晶格完整性的影 响 ,发现单层 ZnS 钝化的 HgCdTe 外延层产生了大量缺陷 ,而这些缺陷正是单层钝化器件具有较高表面隧道电流的 原因.
C=
Sτncosh
d Ln
Sτnsinh
d Ln
+ L nsinh + L ncosh
d Ln d Ln
(2)
其中 L n 是少数载流子的扩散长度.
3. 2. 2 产生2复合电流模型( G2R)
采用简化模型[5 ] :
[ Ig2r ]V < 0
=
qA ni Wdep V
V tτg2r
(3)
[ Ig2r ]V > 0
145
果. 从图中看出 ,在零偏附近 ,两种器件的阻抗由产 生2复合电流决定 ;在中偏的时候 ,两种器件的阻抗 由产生2复合电流和辅助隧道电流决定 ,其中辅助隧 道电流对单层钝化器件的影响更大.
X 衍射仪中的倒易点阵技术 RSM[8~10] 对不同工艺 钝化前后的 HgCdTe 晶片 A 和 B (LPE 生长 , (111) 方 向) 进行了分析 ,发现两者确实存在较大差异.
Idiff
=
qA n2i Na
kT q
×μτnn
1/ 2
探测器暗电流综述报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (1)1.1 PIN光探测器的工作原理 (2)1.2雪崩光电二极管工作原理 (2)暗电流的形成及其影响因素 (3)2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4)2.1.2复合电流特性 (4)2.1.3表面复合电流特性 (4)2.1.4欧姆电流特性 (5)2.1.5隧道电流特性 (5)2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8)2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (9)2.4温度特性对暗电流影响 (10)暗电流稳定性分析小结 (11)参考文献 (12)光探测器芯片处于反向偏置时,在没有光照的条件下也会有微弱的光电流,被称为暗电流,产生暗电流的机制有很多,主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析,并介绍了一些提高稳定性的方案,讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
1.1 PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征(或轻掺杂)半导体材料(I区),就可增大耗尽区的宽度,减小扩散作用的影响,提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体,因此这种结构称为PIN光探测器。
图(a)给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性,使电压基本落在该区,从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区,即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层,减小了扩散分量对其响应速度的影响,但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长,导致响应速度变慢,因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
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暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)PIN光探测器的工作原理 (2)雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)暗电流掺杂浓度的影响 (5)复合电流特性 (6)表面复合电流特性 (6)欧姆电流特性 (7)隧道电流特性 (7)结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (10)腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (12)温度特性对暗电流影响 (13)暗电流稳定性分析小结 (15)参考文献 (16)光探测器芯片处于反向偏置时,在没有光照的条件下也会有微弱的光电流,被称为暗电流,产生暗电流的机制有很多,主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析,并介绍了一些提高稳定性的方案,讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征(或轻掺杂)半导体材料(I区),就可增大耗尽区的宽度,减小扩散作用的影响,提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体,因此这种结构称为PIN光探测器。
图(a)给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性,使电压基本落在该区,从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区,即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层,减小了扩散分量对其响应速度的影响,但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长,导致响应速度变慢,因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
雪崩光电二极管工作原理雪崩光电二极管,具有增益高固有增益可达,灵敏度高、响应速度快的特点,因而可用于检测高速调制的脉冲位置调制光信号。
雪崩光电二极管是利用雪崩倍增效应而具有内增益的光电二极管,它的工作过程是在光电二极管的一结上加一相当高的反向偏压,使结区产生一个很强的电场,当光激发的载流子或热激发的栽流子进入结区后,在强电场的加速下获得很大的能量,与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离,产生新的电子一空穴对,新产生的电子一空穴对在向电极运动过程中又获得足够能量,再次与晶格原子碰撞,这时又产生新的电子一空穴对,这一过程不断重复,使一结内电流急剧倍增,这种现象称为雪崩倍增。
雪崩光电二极管就是利用这种效应而具有光电流的放大作用。
为保证载流子在整个光敏区的均匀倍增,必须采用掺杂浓度均匀并且缺陷少的衬底材料,同时在结构上采用“保护环”,其作用是增加高阻区宽度,减小表面漏电流避免边缘过早击穿,所以有保护环的APD,有时也称为保护环雪崩光电二极管。
雪崩光电二极管结构示意图几种雪崩光电二极管的结构,图中(a)是P型N+结构,它是以型硅材料做基片,扩散五价元素磷而形成重掺杂十型层,并在与十区间通过扩散形成轻掺杂高阻型硅,作为保护环,,使一结区变宽,呈现高阻。
图(b)是p-i-n结构,为高阻型硅,作为保护环,同样用来防止表面漏电和边缘过早击穿。
图表示一种新的达通型雪崩光电二极管记作结构,二为高阻型硅,本图的右边画出了不同区域内的电场分市情况,其结构的特点是把耗尽层分高电场倍增区和低电场漂移区。
图(c)中,区为高电场雪崩倍增区,而币义为低电场漂移区。
器件在工作时,反向偏置电压使耗尽层从`一结一直扩散到二一边界。
当光照射时,漂移区产生的光生载流子电子在电场中漂移到高电场区,发生雪崩倍增,从而得到较高的内部增益,耗尽区很宽,能吸收大多数的光子,所以量子效率也高,另外,达通型雪崩光电二极管还具有更高的响应速度和更低的噪声。
暗电流的形成及其影响因素探测器暗电流由五部分部分构成:扩散电流、产生复合电流、欧姆电流、表面复合电流和隧道电流。
载流子浓度对器件的暗电流影响:在反向偏置低压时探测器的暗电流主要由产生复合电流构成,偏压再增大时,带与带间隧道电流对暗电流的贡献起主要作用,且光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响。
结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流影响:电极压焊区的大小及位置相关的表面漏电对探测器暗电流的影响不大,结区暗电流仍为器件暗电流的主要分量。
腐蚀速率和钝化技术对暗电流影响:腐蚀台面时腐蚀速率稍大, 侧向钻蚀较明显, 这会影响钝化层的淀积, 使部分有源区侧壁没有覆盖到钝化层, 而磁控溅射制作电极时, 金属与这些没有受到钝化保护的有源区形成肖特基势垒。
肖特基势垒的电流输运机制很多, 其中一种机制是吸收层中含有许多位错缺陷, 这些位错缺陷会协助载流子通过隧穿方式穿越势垒而到达金属, 其电流表达式近似为I =Is exp(βV)。
温度特性对暗电流影响:零偏时,光电流在20℃以下随着温度的上升而变大,符合相关理论;但是,温度高于20℃后,光电流随温度增加的变化很小,甚至在升温时电流值略有下降。
暗电流掺杂浓度的影响在忽略其他因素的条件下,双异质结探测器暗电流由四部分构成:扩散电流、产生复合电流、欧姆电流、表面复合电流和隧道电流。
扩散电流特性扩散电流起源于耗尽区边缘p区和n区热激发产生的少数载流子向耗尽层的扩散。
这里所模拟的器件是基于我们实际研制的p+-i-n+异质结台面结构,p区为重掺杂InP层,InP材料ni较小,扩散电流与n2i成正比,所以,p区向耗尽层的扩散电流可忽略不计,在此,只考虑层向耗尽层的扩散电流。
表达式如下:式中:ni为本征载流子浓度,Dp为i区中空穴扩散系数,τp为i区中空穴的寿命,Nd为i区的掺杂浓度,A是耗尽层与p区和i区的接触面积,V为探测器所加偏压。
复合电流特性产生复合电流起源于势垒区热激发产生的载流子在电场作用下向势垒区两边的漂移运动,如式(2)所示:式中:q为电子电量,τeff是有效载流子寿命, W为耗尽层宽度,W=[2εj(Vb+ V)/ qNd] 1/2,εj为i层介电常数, Vb为内建电势差, Vb=(kT/ q)In(Pp0/Pn0),Pp0为p区空穴浓度,Pn0为n区空穴浓度。
表面复合电流特性表面复合电流是由于器件表面的热激发产生的载流子在电场作用下的漂移运动产生的表达式如下所示:式中:S为表面复合速度。
由式(3)可以看出Is与ni成正比,ni又与exp(- Eg/2kT)成正比,Eg为材料禁带宽度。
所以一般在器件结构中采用宽禁带的半导体层来制作帽层以减小表面暗电流。
欧姆电流特性欧姆电流表达式为式中,Reff 为有效电阻,Ro 为理想的异质结阻抗,Rs 是由表面漏电流引起的并联电阻 , Rd由有源区的位错引起的并联电阻隧道电流特性隧道电流主要起源于载流子穿过禁带的隧道效应,电压较高时,隧道电流将决定探测器的暗电流。
隧道电流分为带与带间隧道电流和缺陷隧道电流,分别如式(4),(5)所示:参数γ决定于隧穿载流子的始态与终态,对于带与带间隧道电流,γ=[(2 meEg)1/2 q3 EmV/4π2η2],me是InGaAs导带电子的有效质量,对于材料,me= m0,m0是电子静止质量,Eg为禁带宽度,Em是耗尽层电场强度,Em= 2(V+ Vb)/ W,Θ=α(2 me/ m0)1/2,α决定于隧穿势垒的具体形状,C1、C2为隧穿常数,Et为缺陷隧穿势垒。
其中τeff,Θ,S,C1,C2为可调参数。
我们以扩散电流,产生复合电流、表面复合电流和隧道电流来模拟计算探测器(结构与实测器件结构相同)在反向偏压下的暗电流。
计算中所用到的参数数值在表1中列出。
模拟结果如图1所示:图1 暗电流分量随反向偏压变化的模拟结果实测数据及其与模拟结果的比较如图2所示,由图2可以看出,模拟结果较好地反映了实测结果的变化趋势。
说明探测器在反向偏压下的暗电流特性。
分析图中曲线可以发现,探测器暗电流随反向偏压变化有几个明显不同的区域。
综合以上分析可以看出,对探测器,在反向偏置低压时探测器的暗电流主要由产生复合电流构成,偏压再增大时,带与带间隧道电流对暗电流的贡献起主要作用,且光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响。
此外由于材料及器件参数受生长条件,工艺处理等因素的影响,计算结果与实测结果仍存在着一定偏差。
结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响为分析探测器的结面积对 PIN·343·探测器反向偏压下的暗电流的影响,我们制作了3种不同结面积(直径分别为50μm,100μm,150μm)的 PIN台面探测器,i层掺杂浓度为5× 1016 cm- 3,并分别测量了三者在室温(293 K)反向偏置下的I-V特性,如图3所示。
由图可看出,结面积越大,探测器反向偏压下的暗电流越大,这与预期相符。
在反向偏压为5 V时,结面直径为50μm的器件暗电流为× 10- 9 A,结面直径为100μm的器件暗电流为× 10- 8 A,结面直径为150μm的器件暗电流为× 10- 8 A。
在反向偏压为20 V时,结面直径为50μm的器件暗电流为×10- 7 A,结面直径为100μm的器件暗电流为×10- 7 A,结面直径为150μm的器件暗电流为× 10- 7 A。
三者存在着一定的比例关系,在反向偏压为5 V时三者比例为1∶∶,在反向偏压为20 V时,三者的比例为1∶∶,与其结面积之比1∶4∶9有较好的相关性,这说明对我们的器件结区的暗电流在总暗电流中仍起主要作用,但表面和压焊电v1.0 可编辑可修改极的漏电也有一定影响。
本节从理论和实验上分析了探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,结果表明在低偏压处产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流对探测器暗电流的贡献起主要作用,且层的载流子浓度对探测器反向偏压下暗电流有很大的影响,当载流子浓度由5×1016 cm- 3减小到5× 1015 cm- 3时,10 V 偏压下的暗电流约减小3倍。
此外,本文通过对器件结面积和压焊电极尺寸对探测器反向偏压下暗电流影响的探讨表明,与电极压焊区的大小及位置相关的表面漏电对探测器暗电流的影响不大,结区暗电流仍为器件暗电流的主要分量。
腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响样品A 、B 和C 的有效电阻Reff 分别为0 .14 、0 .32和0 .36 MΩ, 依次递增, 这大体上能够反映材料内部的性能。
与上述结论类似, 数字递变超晶格DGS L1 能够减少吸收层中的位错, InP 缓冲层能减小衬底缺陷对吸收层的影响, 从而使整个样品的体电阻逐渐变大。