探测器暗电流综述报告
暗电流改善总结报告-2
2014.5.29
概括
一: El的目的及定义 二： EL主要能测出那几大不良 三：关于隐裂、黑心、断栅 等不良的分析
EL目的及定义
1、EL 目的：为了使组件产品质量满足质量要求
定 义 ： EL ： 电 致 发 光 （electroluminescent） ,是指电流通过物质时或物质处于强电场下 发光的现象。
图一
图二
注：图一为单晶隐裂片，单晶隐裂片多
为一条隐裂，图像非常明片，多晶隐裂 片多像树叶的经脉一样
黑芯片会对组件造成哪些影响 呢？
1、黑芯片会造成热击穿。 2、黑芯片会影响功率测试的曲线台阶。 3、黑芯片会影响组件功率。
注：EL发现黑芯片必须 返工处理。
图三
EL测试能测出哪几大不良？
1、 隐裂 2、 黑芯片 3、 暗片 4、 断栅 5、 破片 6、 低效片 7、 污垢片 8、 过刻 9、 正负极接反等
隐裂会对组件造成哪些影响呢？
1、隐裂可能会导致热斑效应，特别注意单晶电池 片隐裂，单晶电池片隐裂会沿着晶界方向延伸， 延伸轻则造成热斑重则造成电池片一块失效区。
注：隐裂会不会导致热斑效应与电池片栅线 的分布、隐裂的方向有关系。 2、电池片的隐裂会加速电池片功率衰减。 3、电池片的隐裂会影响组件的正常使用寿命。 4、电池片的隐裂会在机械载荷下扩大，有可能会 导致开路性的破损。 5、长度超过1mm的隐裂将不能承受2400PA的 压力
注：下页幻灯片为单多晶隐裂图片。
2、也有可能是扩散的问题或原材料的问题如（铝浆）
过刻的危害
1、减小有效光电池面积直接影响短路电流。 2、增加电池材料的高频损伤、降低电池参数。 3、会造成一定程度的漏电。 如图：
造成过刻的原因有可能是排风和药液的问题
光电探测器的性能分析及优化设计研究
光电探测器的性能分析及优化设计研究光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于光通信、半导体制造、军事和医疗等领域。
光电探测器的性能分析和优化设计对于提高其灵敏度、响应速度和稳定性至关重要。
本文将对光电探测器的性能进行详细分析，并提出优化设计的策略。
首先，光电探测器的主要性能指标包括灵敏度、响应速度、暗电流和噪声等。
灵敏度是指光电探测器对光信号的响应能力，通常用光电流来衡量。
光电流正比于入射光功率，并且与光电探测器的面积成正比。
因此，增大光电探测器的面积可以提高灵敏度。
响应速度是指光电探测器对光信号响应的时间，通常用上升时间和下降时间来衡量。
为了提高响应速度，可以采用减小响应电路的负载电容，增加极间电容和缩短载流子的寿命等方法。
暗电流是指在没有光照射的情况下，光电探测器内部自发产生的电流。
为了减小暗电流，可以采用冷却元件和优化材料选择等措施。
噪声是指引起光电探测器输出波形变化的非理想因素。
减小噪声可以通过优化电路设计、改善阻抗匹配等方式实现。
其次，优化设计的研究是光电探测器性能改进的关键环节。
首先，在光电探测器的材料选择上，应考虑到其光捕获效率和载流子运动速度等因素。
例如，寻求高光捕获效率的半导体材料可以提高探测器的灵敏度。
其次，在结构设计上，可以采用表面等离子体共振、光栅和多孔等表面结构技术来增强光吸收和增加光电流。
此外，在电路设计方面，采用低噪声放大器和快速电路可以有效提高光电探测器的性能。
在优化设计时，还需要考虑光电探测器的工作环境和应用场景。
例如，在高温环境下，可以采用冷却装置或温度补偿技术来提高探测器的稳定性。
在光通信应用中，需要对光电探测器的带宽和速度进行优化，以满足高速数据传输的需求。
同时，对于特殊应用场景，如军事和医疗领域，对光电探测器的防护和抗干扰能力也需要进行优化设计。
此外，光电探测器的性能优化还需要利用先进的模拟和仿真工具进行辅助。
通过建立精确的数学模型，可以定量评估不同参数对性能的影响，并找到最佳的参数组合。
长波HgCdTe红外探测器的暗电流机理研究进展
Ｌｏ ｎｇ － ｗａ ｖｅ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ Ｈｇ ＣｄＴｅ Ｉ ｎｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｄ ａ ｒ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｈｇ Ｃｄ Ｔ ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ — ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ （ Ｌ ＷＩ Ｒ） ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｓ
第３ ７ 卷 第５ 期 ２ ０ １ ５年 ５月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０ ｌ ｌ － ３ ７ Ｎｏ ． ５
Ｍａ ｙ ２０１ ５
＜ 综 述 与评 论 ＞
长 波 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外探测 器 的暗 电流机理研 究进展
位［ 。
随着 红外 探测 技 术 的发展 ，Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外 探测 器 已经 发 展到长 波 了 。第一 代 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ红外探 测器
ＣＨＥＮ Ｘｉ ａ ｏ— ｓ ｈ ｕａ ｎｇ， ＸＵ Ｊ ｉ ａ ｏ， ＨＵ Ｗｅ ｉ — ｄ ａ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｕｎ， ＣＨＥＮ Ｙｏ ｎ ｇ— ｇ ｕｏ，
Ｈ ＵＡ Ｎ Ｇ Ｙａ ｎ， ＺＨ ＯＵ Ｘｉ ａ ｏ — ｈ ａ ｏ， ＬＵ Ｗｅ ｉ
（ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄＰ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｆＣ ｏ Ａ Ｓ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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。
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。
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 (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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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)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 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4)2.1.2复合电流特性 (5)2.1.3表面复合电流特性 (5)2.1.4欧姆电流特性 (5)2.1.5隧道电流特性 (6)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 (10)2.4温度特性对暗电流影响 (11)暗电流稳定性分析小结 (12)参考文献 (13)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。
1.2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。
2.1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In0.53Ga0.47As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。
2.1.1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In0.53Ga0.47As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。
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。
2.1.3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。
2.1.4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In0.53Ga0.47As材料,me= 0.034 m0,m0是电子静止质量,Eg为In0.53Ga0.47As 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In0.53Ga0.47As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,In0.53Ga0.47As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In0.53Ga0.47As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In0.53Ga0.47As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。
2.2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In0.53Ga0.47As 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In0.53Ga0.47As 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4.02× 10- 9 A,结面直径为100μm的器件暗电流为1.1× 10- 8 A,结面直径为150μm的器件暗电流为3.25× 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8.5×10- 7 A,结面直径为100μm的器件暗电流为2.54×10- 7 A,结面直径为150μm的器件暗电流为7.13× 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∶2.7∶8.1,在反向偏压为20 V时,三者的比例为1∶2.9∶8.39,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,但表面和压焊电极的漏电也有一定影响。
本节从理论和实验上分析了In0.53Ga0.47As/InP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In0.53Ga0.47As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。