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半导体光电探测器中载流子输运过程研究

马丽芹  
【摘要】:随着光电子技术和光电对抗技术的发展,激光与光电探测器的相互作用特别是光电探测器对强激光响应问题倍受人们的重视。然而已开展的工作大都集中在对各种探测器破坏阈值的测量和破坏机理的研究上。在辐照光功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值(中等功率的激光)的情况下,载流子的输运过程和探测器的动态响应情况究竟如何?包括激光能否诱导探测器出现混沌,对此研究甚少,而传统模型只适合弱光辐照。本文从理论和实验两方面较为系统地研究了辐照光功率密度处于上述范围内,半导体光电探测器内载流子的输运过程和探测器的非线性动态响应问题。 强激光辐照半导体探测器时既产生光电效应又产生热效应,以传统的描述半导体探测器中载流子输运的漂移—扩散模型为基础,提出了改进的漂移—扩散模型。并针对光导型和光伏型探测器建立了相应的非线性耦合方程组,通过采用恰当的计算方法,自行编制了两套能反映探测器光电特性的程序,对两种类型的探测器进行了模拟计算。 对光导型和光伏型HgCdTe探测器进行了激光辐照实验研究。首次发现了PV型HgCdTe探测器新的非线性现象—混沌现象和零压输出现象。 提出了描述半导体器件中载流子输运的新模型,可称作等离子体模型。我们把光照下的半导体看作是低温度高粒子密度的等离子体,把等离子体的观点引进来建立了光电子输运模型是我们的独立创新。依据此模型,采取合理的算法和编制相应的计算程序,对光导型探测器进行了模拟计算。 提出了光导型探测器对响应波段外激光的响应机制。当用响应波段外的激光辐照光导型探测器时,光激发热电子而导致光电导现象,当辐照光较强时,半导体温升也会造成电导率的变化。 本文开展的理论研究和实验研究皆有所创新,所建立的理论模型既适合强光辐照又适合弱光辐照。当辐照光较弱时结果与传统模型一致,当辐照光很强时,可计算出探测器的温升以推断探测器材料是否会遭遇熔化、烧蚀等破坏。


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