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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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长波碲镉汞红外焦平面探测器暗电流机理分析

李庆  
【摘要】:碲镉汞材料由于其可调的禁带宽度、电子迁移率高、较高的量子效率等优点在红外探测领域有非常重要的应用价值。碲镉汞的禁带宽度随着Cd组分变化可以从-0.3eV到1.6eV连续改变,在短波、中波和长波红外波段都有很好的响应率。尤其在长波红外波段,碲镉汞材料仍有很高的探测率,长波探测也是第三代高性能性能碲镉汞焦平面器件的主要目标。但是长波碲镉汞红外探测器由于材料有更窄的禁带宽度,良好的器件对材料生长、器件结构设计、流片工艺等有着更高的要求。长波碲镉汞器件的暗电流是制约红外探测器性能的主要原因,研究长波碲镉汞红外探测器暗电流机理是获取高性能长波碲镉汞红外探测器重要手段。基于实验测试数据,结合精细化数值分析模型和解析分析模型,本文对长波碲镉汞红外探测器暗电流成分分析和作用机理进行了研究。获取了不同结构、不同掺杂类型等探测器的暗电流成分,提取了关键物理参数,对长波碲镉汞的实验做出了指导,并能使精细化数值分析模型预测探测器性能。具体研究内容如下:1、对截止波长为9微米的P+-on-n双层组分异质结结构碲镉汞红外探测器暗电流成分进行了分析,通过解析模型研究两组不同n区掺杂浓度的器件发现,80K时器件在较大反偏条件下是辅助隧穿电流占主导,缺陷辅助隧穿电流远大于带间直接隧穿电流,直到器件零偏附近器件的暗电流才由产生复合电流占主导,器件在小正偏压下是扩散电流及串联电阻对电流有影响;分析获取不同温度下的特征参数发现,随着温度升高,器件的少子寿命越低,等效缺陷能级往价带位置移动;对比两种不同掺杂浓度的器件的特征参数发现,吸收层较高浓度的掺杂会导致缺陷增加,工艺上要追求更低掺杂浓度的方法。2、对截止波长为15微米的P+-on-n双层组分异质结结构甚长波碲镉汞红外探测器性能进行了分析,研究发现甚长波碲镉汞红外探测器对材料的缺陷、流片工艺等更加敏感。在大反偏时相同工艺的两批次器件均为隧穿电流占主导,小反偏时性能较好的器件是由产生复合电流占主导,而性能较差的器件是隧穿电流占主导,零偏附近时是与热激发相关的扩散电流和产生复合电流共同主导;随着温度的升高,能带逐渐变宽,带间隧穿电流逐渐降低,少子寿命逐渐降低,导致与热激发相关的电流逐渐增大,使器件暗电流增大;通过数值模型模拟得到Cd组分缓变层能带,认为Cd组分缓冲层厚度会是影响器件暗电流和探测率的重要因素;缺陷和位错的引入、Cd组分缓冲层造成的势垒高度的不同是导致焦平面器件性能不均一的重要因素。3、对截止波长为12.5微米的n-i-p结构Au与汞空位共同掺杂p型外延的碲镉汞红外探测器的性能进行了研究,首先建立了精细化数值分析模型,利用此模型对器件的暗电流分析此精细的数值分析模型在较大偏压时更能真实的反映器件的暗电流特性,与实验测试数据更加吻合;通过此模型,提取了不同p型掺杂浓度四个样品的暗电流成分,发现所有器件都是在大反偏下由带间隧穿电流主导,小反偏下是产生复合电流主导;随着掺杂浓度的增加,器件的SRH产生复合电流先增加后减小,器件的带间隧穿电流逐渐增大,通过仿真获取的少子寿命与其品质因子有非常好的正相关性,通过结区电场理论较好的分析了带间隧穿电流较大的原因;针对仿真获取少子寿命先增大后减小的物理现象,分析Au与汞空位的相互作用,认为少子寿命先增加是因为Au占据汞空位的原因,少子寿命减少是因为Au没有将Hg空位完全占据从而带来的缺陷的原因。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN215

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 QIU WeiCheng;HU WeiDa;;Laser beam induced current microscopy and photocurrent mapping for junction characterization of infrared photodetectors[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年02期
2 周松敏;查访星;郭青天;殷菲;李茂森;马洪良;张波;;飞秒激光对P型碲镉汞打孔的形貌和PN结特性研究[J];红外与毫米波学报;2010年05期
3 徐庆庆;陈新强;魏彦锋;杨建荣;陈路;;Si/CdTe复合衬底HgCdTe液相外延材料的生长与性能分析[J];半导体学报;2007年07期
4 葛文奇;;红外探测技术的进展、应用及发展趋势[J];光机电信息;2007年04期
5 全知觉;李志锋;胡伟达;叶振华;陆卫;;光伏型碲镉汞长波探测器暗电流特性的参数提取研究[J];红外与毫米波学报;2007年02期
6 秦强;朱惜辰;杨文运;;Pt/CdSSchottky势垒紫外探测器的研制[J];红外技术;2006年04期
7 叶振华,吴俊,胡晓宁,巫艳,王建新,李言谨,何力;碲镉汞 p~+-on-n长波异质结探测器的研究[J];红外与毫米波学报;2004年06期
8 巫艳,王善力,陈路,于梅芳,乔怡敏,何力;HgCdTe分子束外延In掺杂研究[J];红外与毫米波学报;2001年03期
9 李言谨,方家熊;测量半导体中少子漂移迁移率和扩散长度的新方法[J];半导体学报;1999年12期
10 陆卫,陶凤翔,穆耀明,陈效双,李宁,刘兴权,刘京郊,沈学础,陆红;固体中结晶过程在函数最小值求解中的应用[J];计算物理;1999年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 许娇;红外探测器暗电流成份分析和机理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
2 韩金良;Hg_(1-x)Cd_xTe材料几种ρ型掺杂的第一性原理研究[D];湘潭大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李庆;白杰;吕衍秋;胡伟达;陈效双;陆卫;;基于Pt/CdS与InSb光伏型紫外—红外焦平面探测器的双色探测机理(英文)[J];红外与毫米波学报;2017年04期
2 王鹏;何家乐;许娇;吴明在;叶振华;丁瑞军;何力;;MMVCX光伏型HgCdTe中波探测器暗电流温度特性[J];红外与毫米波学报;2017年03期
3 孟超;司乐飞;张晓玲;孟庆端;;背减薄过程中面阵探测器形变研究[J];航空兵器;2017年02期
4 刘洁;王禄;江洋;马紫光;王文奇;孙令;贾海强;王文新;陈弘;;基于量子阱带间跃迁的红外探测器原型器件(英文)[J];红外与毫米波学报;2017年02期
5 侯治锦;傅莉;司俊杰;王巍;吕衍秋;鲁正雄;王锦春;;面阵探测器相连缺陷元识别定位[J];红外与毫米波学报;2017年02期
6 翁彬;周松敏;王溪;陈奕宇;李浩;林春;;HgCdTe器件中pn结结区扩展的表征方法[J];红外与毫米波学报;2017年01期
7 覃钢;李东升;李雄军;李艳辉;王向前;杨彦;铁筱莹;左大凡;薄俊祥;;分子束外延中波红外碲镉汞原位p-on-n技术研究[J];红外技术;2016年10期
8 郭喜;李忠贺;刘佳星;杨刚;;光敏聚酰亚胺在硫化镉紫外器件中的应用[J];激光与红外;2016年09期
9 沈川;陈路;傅祥良;王伟强;卜顺栋;何力;;分子束外延HgCdTe nBn结构红外探测器的理论计算和优化[J];红外与毫米波学报;2016年03期
10 乔辉;李淘;龚海梅;李向阳;;中波碲镉汞光伏探测器的实时gamma辐照效应(英文)[J];红外与毫米波学报;2016年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李庆;长波碲镉汞红外焦平面探测器暗电流机理分析[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2017年
2 孟兆升;等离子体CVD法制备氮化碳涂层的理论与实验研究[D];南京航空航天大学;2015年
3 钱毅涛;头盔式红外测温系统的研究与实现[D];南京理工大学;2015年
4 高璇;CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计[D];中北大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周松敏;查访星;郭青天;殷菲;李茂森;马洪良;张波;;飞秒激光对P型碲镉汞打孔的形貌和PN结特性研究[J];红外与毫米波学报;2010年05期
2 殷菲;胡伟达;全知觉;张波;胡晓宁;李志锋;陈效双;陆卫;;激光束诱导电流法提取HgCdTe光伏探测器的电子扩散长度[J];物理学报;2009年11期
3 钟荣焕;;美国导弹防御系统中使用的红外技术[J];激光与红外;2006年S1期
4 林武文;徐锦;徐世录;;红外探测技术的发展[J];激光与红外;2006年09期
5 魏彦锋;陈新强;曹妩媚;;HgCdTe液相外延薄膜生长及缺陷表征[J];红外与激光工程;2006年03期
6 叶振华,胡晓宁,蔡炜颖,陈贵宾,廖清君,张海燕,何力;激光束诱导电流在HgCdTe双色探测器工艺检测中的应用[J];红外与毫米波学报;2005年06期
7 陈路,王元樟,巫艳,吴俊,于梅芳,乔怡敏,何力;Si基CdTe复合衬底分子束外延研究[J];激光与红外;2005年11期
8 沈均平;刘建永;胡江华;王健;;武装直升机一体化复合对抗红外/紫外双色制导研究[J];红外技术;2005年06期
9 孙立忠,陈效双,周孝好,孙沿林,全知觉,陆卫;碲镉汞材料中Hg空位缺陷的第一性原理研究[J];物理学报;2005年04期
10 高国龙;走向第三代HgCdTe红外探测器[J];红外;2004年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 仰贤;;碲镉汞中铜和金的扩散[J];激光与红外;1974年06期
2 昌金;;制备均匀碲镉汞锭的方法[J];激光与红外;1974年09期
3 本刊特约通讯员;;关于碲镉汞材料器件的几个技术问题[J];激光与红外;1978年06期
4 兆瑞;;碲镉汞的热处理[J];激光与红外;1979年08期
5 兆瑞;;降低碲镉汞组分梯度的方法[J];激光与红外;1980年11期
6 国义;;半导体与半金属卷18碲镉汞[J];激光与红外;1982年06期
7 王利;;用无火焰原子吸收分光光度法测定碲镉汞单晶中的痕量钠、银和铜[J];激光与红外;1983年07期
8 关振东;赖德生;陈纪安;余惠玲;;富碲碲镉汞液线温度的测量——富碲碲镉汞相图研究之一[J];激光与红外;1984年01期
9 何景福,宋炳文,任万兴,张捷;碲镉汞晶体的热处理相图[J];红外技术;1985年02期
10 杨彦,宋炳文;富碲的碲镉汞相图的理论计算以及与实验结果的比较[J];红外研究(A辑);1986年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孔金丞;张鹏举;孔令德;赵俊;李雄军;杨丽丽;姬荣斌;;非晶态碲镉汞薄膜研究[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
2 王妮丽;赵水平;兰添翼;罗毅;刘诗嘉;李向阳;;长波“弱p”型碲镉汞材料的低温性能研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
3 张可锋;林杏潮;张莉萍;王仍;焦翠灵;陆液;王妮丽;李向阳;;“弱p型”碲镉汞材料和“陷阱模式”光导探测器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 任仁;乔辉;刘大福;孔令才;张燕;李向阳;;改变背景辐射研究碲镉汞中波光导探测器低频噪声[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
5 夏王;王小坤;林春;曹妩媚;孙闻;郝振怡;李言谨;丁瑞军;;12.5μm长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 宋祥云;温树林;;碲镉汞晶体辐射损伤的高分辨电镜研究[A];第三次中国电子显微学会议论文摘要集(二)[C];1983年
7 吴俊;魏青竹;巫艳;陈路;于梅芳;乔怡敏;何力;;Hg在As激活退火中的作用[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
8 赵玲;王南;于艳;喻松林;;浅谈碲镉汞红外焦平面探测器组件量子效率[A];2007年红外探测器及其在系统中的应用学术交流会论文集[C];2007年
9 黄河;;P型碲镉汞(HgCdTe)中的电流机理[A];Quantum Transport and Mesoscopic Physics (Ⅲ)--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年
10 孙浩;王成刚;;单色及双色碲镉汞器件计算机仿真模拟[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 记者 邱曙东;让“猫头鹰眼睛”更犀利[N];解放日报;2006年
2 本报记者 任荃;“超一流企业卖标准”[N];文汇报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 何凯;碲镉汞红外光伏探测器电学性能表征技术研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2015年
2 乔辉;航天碲镉汞红外探测器工艺及暗电流研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
3 张鹏;碲镉汞红外焦平面探测器芯片的优化设计及工艺验证[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
4 邱伟成;新型碲镉汞红外探测器载流子输运机理研究[D];国防科学技术大学;2016年
5 王子言;碲镉汞材料缺陷态的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2014年
6 陈星;碲镉汞红外焦平面探测器可靠性相关技术研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2014年
7 赵嫭娴;非晶碲镉汞半导体材料的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2014年
8 徐鹏霄;HgCdTe表面/界面光电特性研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 兰添翼;碲镉汞表面处理工艺研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2015年
2 孙雪丽;Au/Bi掺杂碲镉汞材料的第一性原理研究[D];山东大学;2016年
3 陈心恬;碲镉汞光导器件工艺与损伤评价研究[D];山东大学;2016年
4 翁彬;低温下碲镉汞材料与器件的激光束诱导电流检测技术[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
5 李庆;长波碲镉汞红外焦平面探测器暗电流机理分析[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2017年
6 曲晓东;红外碲镉汞材料氢钝化行为的第一性原理研究[D];湘潭大学;2009年
7 唐冬华;B、Be在碲镉汞中掺杂效应的第一性原理研究[D];湘潭大学;2011年
8 韩金良;Hg_(1-x)Cd_xTe材料几种ρ型掺杂的第一性原理研究[D];湘潭大学;2009年
9 邢素霞;碲镉汞环孔P-N结理论分析与测试[D];南京理工大学;2002年
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