pn结结深对台面型InSb光伏型探测器性能影响,本论文为您写面型毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
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摘 要： 基于Silvaco二维数值仿真研究了pn结结深对台面型InSb光伏型探测器串音和量子效率的影响, 通过分析探测器中横向电场分布、 纵向电场分布、 复合速率分布等和pn结结深的相关性, 揭示了pn结结深影响探测器的串音和量子效率的内在物理机制, 并获得了对探测器优化设计有指导意义的研究结论.
关键词： InSb光伏型探测器； pn结结深； 串音； 量子效率
中图分类号： TJ765.3+33； TN215 文献标识码： A 文章编号： 1673-5048（2015）05-0036-05
Abstract： Based on Silvaco 2D numerical simulation, the effects of pn junction depth on the crosstalk and quantum efficiency of the mesa InSb photovoltaic detector are studied. The correlation between the longitudinal electric field distribution, the transverse electric field distribution, as well as the recombination rate of detector and the pn junction depth are analyzed. The results show that the pn junction depth has a profound effect on the inherent physical mechanisms of the crosstalk and the quantum efficiency. And it is of great importance to the optimization of the mesa InSb photovoltaic detector.
Key words： InSb photovoltaic detector； pn junction depth； crosstalk； quantum efficiency
0引言
近年来, 随着光电子技术的迅速发展, 红外探测系统在军事领域和民用领域得到了广泛的应用和研究[1]. 作为红外探测系统的核心部件[2-3], 红外探测器的研究越来越受到重视.
InSb（锑化铟）红外探测器在3～5 μm波段响应[4], 具有禁带窄、 灵敏度高、 光吸收能力强、 探测率高以及材料生长简单等优点[1,5-6], 因此是目前世界上应用极其广泛的中波段红外探测器之一. 目前关于台面型InSb光伏型探测器的研究主要集中在温度波动、 激光辐照等对探测器性能的影响[1,7], 以及通过添加透镜[8-9]、 制作工艺[10-11]、 改变器件结构参数[12]等来对探测器性能进行研究. pn结结深是InSb光伏型探测器制备过程中一个重要的工艺参数, 它对探测器量子转换效率等有着重要影响[13-15], 然而, 当前关于pn结结深对台面型InSb光伏型探测器性能影响的研究并不深入, 还有很多机理问题有待进一步解决.
基于Silvaco二维数值仿真方法, 研究了pn结结深对台面型InSb光伏型探测器的串音和量子效率性能的影响, 通过剖析pn结结深对探测器中横向电场分布、 纵向电场分布、 复合速率分布等的影响和规律, 揭示pn结结深影响探测器的串音和量子效率的内在物理机制.
1器件结构及物理模型
1.1器件结构
研究的InSb光伏型探测器为台面型结构, 器件共有三个像元, 二维结构图如图1所示. 图中yj为pn结结深位置； 仿真中台面高度h为5 μm； 像元尺寸L为40 μm； 像元间距d为20 μm. n型InSb, 缓冲层的掺杂浓度为1×1015 cm-3； 厚度t为10 μm. p型InSb, 缓冲层的掺杂浓度为1×1017 cm-3, 厚度可调, 通过改变p型InSb的厚度来调节pn结结深的位置.
模拟过程中, 入射光采用背入射方式且只照射中心像元, 即像元2, 入射光波长为5.5 μm； 光功率为0.000 1 W/cm2； 工作温度为77 K； 并采用温度为2 000 K的黑体辐射. 仿真模拟中采用的一些重要参数如表1所示.1.2物理模型
探测器的稳态数值模拟仿真基于大型商用模拟平台SilvacoAtlas展开. 光从n区一侧垂直入射, n区产生的光生载流子向材料内部进行扩散, 到达pn结界面, 由于空间电场的存在, 电子被pn结势垒阻挡, 大部分驻留在n区, 空穴则加速到p区. 基于上述物理现象, 在半导体光电作用的分析中, 需要求解载流子的输运方程, 包括泊松方程和电子、 空穴的连续方程[1,8-9,12]. 仿真中采用载流子的传输方程为漂移-扩散传输方程.
2数值模拟结果及分析
2.1数值模拟结果
量子效率和串音随着pn结结深的变化如图2所示. 可见, 串音随着pn结结深的增加逐渐减小, 说明pn结越靠近光生载流子的产生区域, 串音越小； 而量子效率随着pn结结深的增加, 先增加后减小, 并在pn结结深为5 μm处达到最大值. 量子效率和串音随着pn结结深的这种变化可以通过探测器内部电场和光生载流子的复合作用等来进行深入分析.
2.2结果分析
pn结结深为1 μm, 5 μm和9 μm时InSb光伏型探测器中的纵向电场分布、 沿着中心像元中心位置处的纵向电场分布, 如图3所示. 图中, 三种情况下探测器中pn结处的电场峰值近似相等, 且随着pn结结深的增加, 纵向电场的峰值位置越接近光入射面附近的nInSb, 即光生载流子的主要产生区域. 因此随着pn结结深的增加, pn结纵向电场对光生载流子的抽取作用就越强, 导致绝大部分光生载流子会被中心像元收集, 而被其他像元收集的光生载流子数量会显著减少, 有利于中心像元收集光生载流子, 从而会减小探测器的串音.
结论：关于本文可作为相关专业面型论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文脸型分类图论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
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