探测器暗电流综述报告
关于光电导探测器的调查报告
关于光电导探测器的调查报告1.工作原理和特性利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。
所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。
光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。
在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。
光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。
为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。
其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。
光电导效应是内光电效应的一种。
当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。
这里h是普朗克常数，v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。
因此，本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c为光速。
本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。
在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料，因而人们利用非本征光电导效应。
Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级，照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能，就能够产生光生自由电子或自由空穴。
非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得λc＝1.24/E i式中Ei代表杂质能级的离化能。
到60年代中后期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe 等三元系半导体材料研制成功,并进入实用阶段。
它们的禁带宽度随组分x值而改变，它与工作在同样波段的Ge：Hg探测器相比有如下优点：①工作温度高（高于77K），使用方便,而Ge:Hg工作温度为38K。
②本征吸收系数大,样品尺寸小。
③易于制造多元器件。
2.常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。
光电探测实验报告
光电探测技术实验报告班级：10050341学号：05姓名：解娴实验一光敏电阻特性实验一、实验目的1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型；2.了解光敏电阻的基本特性；3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。
二、实验原理伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。
这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。
光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。
各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。
大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。
这一关系为=ΦI kαΦ式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。
光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。
这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。
光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。
目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。
光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。
三、实验步骤1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。
则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。
2、伏安特性光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。
按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。
将所测得的结果填入表格并做出V/I曲线。
图1光敏电阻的测量电路偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I四、实验数据实验数据记录如下：光电流：E/V246810U/V0.090.210.320.430.56I/uA1427.54255.270.5暗电流：0.5uA实验数据处理：拟合曲线如下：五、实验结论通过本次实验了解了一些常用的光敏电阻的类型、内部结构及其基本特性，也熟练掌握了光敏电阻的特性测试的方法。
光电探测器的性能测试与分析
光电探测器的性能测试与分析一、引言光电探测器是一种重要的光电器件，其性能的优劣直接影响到光电仪器的使用效果。
因此，对于光电探测器的性能测试与分析具有重要意义。
本文将从光电探测器的性能测试方法、测试参数的选择、测试结果分析等多个方面进行详细探讨。
二、光电探测器的性能测试方法1. 光谱响应测试光谱响应测试是评估光电探测器对不同波长光的响应能力的重要方法。
常用的测试设备包括光源、光谱辐射计和系统软件等，通过调节光源的波长和强度，测量光电探测器在不同波长下的响应能力。
2. 响应时间测试响应时间是指光电探测器从接收到光信号到达稳定的响应状态所需的时间。
正确测试光电探测器的响应时间可以帮助评估其在高速光信号检测和快速数据采集等应用中的适用性。
常用的测试方法包括脉冲激励法和步阶激励法。
3. 暗电流测试暗电流是指光电探测器在没有光照的情况下产生的电流。
暗电流是评估光电探测器的敏感性能和噪声特性的重要参数。
测试时需要排除光源的影响，并通过调节环境温度等因素来控制暗电流的大小。
4. 噪声测试噪声是光电探测器输出信号中不希望的波动成分，会干扰信号的准确度和稳定性。
常见的噪声包括热噪声、暗噪声和自由噪声等。
噪声测试可以通过测量输出信号的功率谱密度来进行。
三、测试参数的选择在进行光电探测器的性能测试时，需要选择合适的测试参数。
首先，需要根据实际应用需求选择测试范围和测试精度。
其次，需要考虑光电探测器的工作原理、结构特点和材料特性等因素，选择合适的测试方法和测试设备。
最后，需要根据测试结果的应用场景，选择合适的性能指标进行评估。
四、测试结果分析在进行光电探测器的性能测试后，需要对测试结果进行分析。
首先，需要比较测试结果与规格书中的标准值是否一致，以验证光电探测器是否符合规格要求。
其次，需要分析测试结果的稳定性和可重复性，确定光电探测器的长期稳定性能。
最后，需要与其他同类产品进行对比分析，评估光电探测器在市场竞争中的优势和劣势。
基于钙钛矿材料的光电探测器研究综述
光电导元件，光敏层作为两个横向金属电极之间 的通道，使光子电子转换过程的简单传感机制相当于 光导效应。同样，电极间通道上的光产生载流子在偏 置电压下被分离，然后在电极处被收集。这种器件结 构一大优点在于制备十分简便，此外，透明电极对于 这种类型的器件来说也并不是必不可少的，因此在材 料选择的范围方面，尤其是柔性光电器件方面，具有 很大的优势。然而，这些平面结构的器件往往会受到 慢光反应、低光敏度和明显的电滞现象的影响，需要 光选效应和其他方法克服。
关键参数
外量子效率 外量子效率 (External Quantum Efficiency, EQE) 表示光子-电子转换效率，并计算如下：
EQE=
（1）
其中， 是入射光子能量， 是单电子电荷。
Байду номын сангаас
响应率
响应率 (Photoresponsivity, R) 主要与探测器的量
子产率相关，实验计算中由下式给出：
光电晶体管在器件中加入了栅极和介电层，以减 少噪声电流，放大电信号，并提高响应度 R 和增益 G。 通过进一步将钙钛矿与其他高迁移率的半导体结合在 一起，产生了光选效应，即电子或空穴中一者被转移 到高迁移率的半导体中，作为电荷传输通道，而另一 种载流子则被困在原位，作为栅极，通过电容耦合调 节钙钛矿的电导率。
载流子输运特性 钙钛矿材料的载流子迁移率与 GaAs 和 Si 无 机材料相当，多晶薄膜钙钛矿的载流子迁移率为 1~30 cm2 ·V-1·s-1，而在钙钛矿单晶体材料中，由于 其纯度高，晶界少，缺陷密度更低，迁移率可达 200 cm2·V-1·s-1 以上 [10]。钙钛矿材料中的载流子寿命 也与 GaAs 相近，为 100 ns~15 s。良好的载流子迁 移率和长的载流子寿命导致了钙钛矿材料中载流子扩
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。
直接探测和相干探测综述
2. 相干探测的基本特性 相干探测优点：（与直接探测对比）
探测能力强 转换增益高 信噪比高 滤波性好
稳定性和可靠性高
相干探测优点之一：
探测能力强，可还原信号光信息
I hs S 2as ar cos(t )
信号光波的 振幅 频率 相位 只要知道参考光的全部信息，就可以恢复 信号光波的全部信息 直接探测－－光的强度：as2
I hs S 2as ar cos(t )
s r s r
r s f s f r c s r s r
c c
<1010Hz
例：1.55µ m和1.5501µ m双光束
6 0 . 0001 10 10 3 108 1 . 25 10 Hz 12 1.55 1.5501 10
基准精度 幅度 频率 10-3～10-4 10-6～10-8 测量精度 10-2～10-3 10-5～10-7 基准稳定方法
模拟量 稳定电路
晶振， 数字锁相环
现代光电测量中常优先考虑采用频率测量法！
9.1.3直接探测的应用举例
例3. 光电测距 发射光波
－－光电光波测距
0t 0 2D / c
2 2 s
最理想情况，只有信号光电流 引起的散粒噪声（忽略吗？）
s SNRd 2hv f
i
2 nS
2eISf
－－直接探测的量子极限
s SNRd 2hv f
2hv f
－直接探测的量子极限
量子极限的另一种表达是：
NEPd
－直接探测的噪声等效功率
例：η为1，Δf为1Hz，～2hν，已很接近单个光子的
要求频差极小！
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。
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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。
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。
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。
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。
复合电流特性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。
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。
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特性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,对于材料,me= m0,m0是电子静止质量,Eg为禁带宽度,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,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。
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 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 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× 10- 9 A,结面直径为100μm的器件暗电流为× 10- 8 A,结面直径为150μm的器件暗电流为× 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×10- 7 A,结面直径为100μm的器件暗电流为×10- 7 A,结面直径为150μm的器件暗电流为× 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∶∶,在反向偏压为20 V时,三者的比例为1∶∶,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v1.0 可编辑可修改极的漏电也有一定影响。
本节从理论和实验上分析了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。
此外,本文通过对器件结面积和压焊电极尺寸对探测器反向偏压下暗电流影响的探讨表明,与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。
腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响样品A 、B 和C 的有效电阻Reff 分别为0 .14 、0 .32和0 .36 MΩ, 依次递增, 这大体上能够反映材料内部的性能。
与上述结论类似, 数字递变超晶格DGS L1 能够减少吸收层中的位错, InP 缓冲层能减小衬底缺陷对吸收层的影响, 从而使整个样品的体电阻逐渐变大。