第二届全国先进焦平面技术研讨会论文摘要

碲镉汞二极管暗电流特性拟合参数的误差分析模型全知觉,李志锋,胡伟达,叶振华,陆卫(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海200083)摘要:介绍了一种分析光伏型碲镉汞器件拟合参数误差的理论模型。该模型适用于任何结构的碲镉汞同质材料形成的p-n结型光伏器件。本文以n-on-p型器件为例,详细完整地展示了该理论模型的推导和建立过程。涉及的暗电流物理模型包括了扩散电流机制、产生复合电流机制、陷阱辅助隧穿机制以及带到带直接隧穿电流机制,同时也考虑了实际器件的串联电阻效应。对真实器件拟合分析的结果表明,该模型能定…     

碲镉汞APD平面型PIN结构仿真设计

碲镉汞(HgCdTe)线性雪崩焦平面因其相对低的过剩噪声、较小的工作电压、线性可调等优点,得到了广泛关注。基于电子雪崩中波HgCdTe PIN二极管结构,开展暗电流模型和Okuto-Crowell增益模型仿真。通过改变器件材料结构参数模拟不同电压下的暗电流和增益特性。计算讨论了不同I区(本征区)厚度和载流子浓度对器件暗电流和增益的影响。结果表明结区峰值场强的变化会导致直接隧穿(BBT)电流产生率数量级上的剧烈变化;增加I区厚度和降低I区掺杂浓度可有效抑制BBT电流;增益随场强的变化趋势与BBT电流随场强的变化趋势一致;因此抑制BBT电流的措施会造成增益性能的下降,需要优化参数以获得最佳性能。综合考虑暗电流和增益性能,I区的厚度应不小于3μm,I区浓度需控制在5×10~(14)cm~(-3)以下。单元中波APD的增益实验结果与仿真数据较好地吻合,表明了理论模型的正确性。     

长波碲镉汞探测器RV特性分析

对硼离子注入制备的N on P平面结长波碲镉汞探测器的RV曲线进行分析,研究不同偏压下暗电流机制,提取得到探测器的电学参数及理想因子,表明为提升器件性能,需要对探测器的陷阱辅助隧穿电流及产生复合电流进行抑制。通过对长波碲镉汞探测器RV曲线的拟合分析,表明RV拟合技术作为一种有效的分析方法,可用于评估器件性能和工艺状态,并指导工艺改进。     

碲镉汞APD平面型PIN结构仿真设计研究

碲镉汞(HgCdTe)线性雪崩焦平面因其相对低的过剩噪声、较小的工作电压、线性可调等优点,得到了广泛关注。基于电子雪崩中波HgCdTe PIN二极管结构,开展暗电流模型和Okuto-Crowell增益模型仿真。通过改变器件材料结构参数模拟不同电压下的暗电流和增益特性。计算讨论了不同I区(本征区)厚度和载流子浓度对器件暗电流和增益的影响。结果表明结区峰值场强的变化会导致直接隧穿(BBT)电流产生率数量级上的剧烈变化;增加I区厚度和降低I区掺杂浓度可有效抑制BBT电流;增益随场强的变化趋势与BBT电流随场强的变化趋势一致;因此抑制BBT电流的措施会造成增益性能的下降,需要优化参数以获得最佳性能。综合考虑暗电流和增益性能,I区的厚度应不小于3μm,I区浓度需控制在5×10¹⁴cm^-3以下。单元中波APD的增益实验结果与仿真数据较好地吻合,表明了理论模型的正确性。     

子像元结构碲镉汞光伏器件暗电流特性的研究

针对碲镉汞光伏器件的暗电流随着物理面积增大而急剧增加,研究了子像元结构在降低大面积短波碲镉汞光伏器件暗电流方面的有效性。发现子像元结构在室温下相比常规结构可以有效降低器件的暗电流,但当温度降到180 K时,常规结构器件反而具有最小的暗电流,经过分析认为是子像元边界处引入的表面漏电所致。如果器件的表面态密度和表面固定电荷过多,会使得子像元边界在低温下引入表面隧穿电流和表面欧姆电流,这些与边界有关的表面漏电会成为低温下暗电流的主要成分,从而使子像元结构失去降低器件暗电流的优势。文章中同时给出了低温下子像元结构可以有效降低器件暗电流的条件,并针对不同的子像元结构,提出了漏电体积这一参量来评价不同结构子像元降低器件暗电流的效果。     

分子束外延碲镉汞探测器的变结面积I-V测试研究

碲镉汞红外探测器的表面钝化处理对器件暗电流有较大影响,决定了器件的探测性能。为了研究表面钝化层不同生长方式对暗电流的抑制效果,使用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)系统在Si基衬底上生长碲镉汞材料,分别通过磁控溅射和原位钝化方法生长CdTe/ZnS钝化膜层。采用半导体工艺在碲镉汞材料上制备了变面积光伏探测器。通过测试不同钝化膜层器件的暗电流,分析零偏电阻和面积乘积(R₀A)与周长面积之比(p/A)的关系。结果表明,磁控溅射生长钝化层的Si基碲镉汞器件存在较大的隧穿电流,而原位钝化生长钝化层的Si基碲镉汞器件能更有效地抑制表面漏电流。拟合器件R₀A因子随PN结面积的变化,得出原位生长钝化层的器件具有更好的钝化效果。变面积器件的制备和测试能够有效且直观地反映器件性能。     

甚长波碲镉汞光伏探测器伏安特性分析

分析了注入同质结N-on-P和液相外延异质结P-on-N碲镉汞甚长波红外探测器在不同工作温度下的I-V特性,并对R-V特性进行了仿真计算,对比了扩散电流、产生-复合电流、表面漏电流、带间隧穿电流和缺陷辅助隧穿电流等暗电流对两种器件R-V特性的不同影响。     

MBE生长的PIN结构碲镉汞红外雪崩光电二极管

对中波红外碲镉汞雪崩光电二极管(APD)特性进行理论计算,获得材料的能量散射因子及电离阈值能级与材料特性的相互关系,从而计算器件的理论雪崩增益与击穿电压.通过对材料特性(组分,外延厚度,掺杂浓度等)的优化,设计并生长了适合制备PIN结构红外雪崩光电二极管的碲镉汞材料,并进行了器件验证.结果显示,在10V反偏电压下,该器件电流增益可达335.     

供红外应用的高级碲镉汞光电二极管

本文讨论美国霍尼威尔公司新发展的四种碲镉汞光电二极管:1.2.06微米碲镉汞雪崩光电二极管;2.10.6微米碲镉汞光电二极管;3.R_0A乘积为0.7欧-厘米~2的高D~＊碲镉汞光电二极管(10.6微米);4.半导体致冷10.6微米光混频器。2.06微米雪崩光电二极管是为Q开关的掺钬氟化锂钇(Ho:YLF)激光器发展的。这种器件的雪崩增益为9～36。10.6微米光电二极管的平均量子效率为30％。制备了单元为250微米×250微米的五元线列,其单     

碲镉汞 PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞（HgCdTe）雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7 μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^-10 A/cm²。