论碲镉汞光电二极管的暗电流

对于工作在1—30岬波段的各种红外光电探测器来说,碲镉汞（Mercury Cadmium Telluride,MCT）已经成为最重要的一种半导体材料。为了获得最优的性能,MCT探测器的暗电流必须降至最小。主要根据近年来的部分英文文献,从基本概念入手,介绍了有关MCT光电二极管暗电流研究的发展情况,并讨论了对于MCT光电二极管暗电流有关问题的理解和体会。     

用于光纤通信的硅光电探测器的研制

根据光纤入户（FTTH）的应用特点,选用外延层厚度和电阻率各不相同的三种硅外延片,研制了用于FTTH的PIN硅光电探测器,并与硅单晶材料的PN结光电二极管进行了全程比对.测量结果表明,PIN探测器的暗电流可达10-11A量级,响应时间为2 ns.分析了Ⅰ层厚度和电阻率对探测器件暗电流、结电容和响应时间的影响及引起特性差别的原因,为设计能满足光纤通信要求的光电探测器提供了依据.     

双结光电二极管荧光检测单元暗电流优化设计

双结p+/n-well/p-sub光电二极管由于其较高灵敏度、低暗电流而成为荧光检测光电传感单元的最佳选择.文章基于0.5 μm CMOS工艺对双结p+/n-well/p-sub光电二极管进行了版图优化设计,有效减少了硅和二氧化硅界面对光电二极管光吸收区暗电流的影响.流片后测试表明优化后版图面积为100μtm×100 μm,双结p+/n-well/p-sub光电二极管单元的暗电流从11 pA减小到了6.5pA,光电流从2.15 nA稍有减弱到2.05 nA,光暗电流比值提高了60％.优化后的双结p+/n-well/p-sub光电二极管更适用于对微弱的荧光信号检测.     

雪崩光电二极管体内漏电流的测量分析

体内漏电流是雪崩光电二极管应用的一个重要参数,而一般测量暗电流的方法无法把表面漏电流和体内漏电流分开.本文提出一种测量雪崩光电二极管体内漏电流的方法,推导有关公式,并对宽耗尽层雪崩光电二极管的体内漏电流进行测量分析.     

低暗电流InGaAs PIN光电二极管

本文研究了1.0～1.6μm 波长范围低暗电流 InGaAs/InP PIN 光电二极管。阐明了造成通常 InGaAs/InP 光电二极管暗电流的原因是通过 InGaAsp-n 结不稳定表面的漏电流。制造了一种新式结构的光电二极管,并对其光电特性进行了研究。在这种结构中,p-n 结的边缘露在 InP 表面,结果得到了暗电流低于1nA 的稳定的 InGaAs/JnP 光电二极管,此值约为锗光电二极管的1/1000。     

平面工艺辐射探测器的研制

使用高阻 Si材料 ,通过氧化、光刻、注入和退火工艺技术研制粒子探测器—— PIN二极管 .采取 HCl氧化、慢降温等工艺措施可减小 PIN二极管的暗电流 (反向电流 ) ,这对于提高器件性能起到了关键作用 .电压为 - 5 V时 ,探测器的暗电流可达 n A/ cm2 量级 .讨论了器件暗电流与少子寿命的关系     

10 Gbit/s 850 nm pin光电二极管

GaAs pin光电二极管在数据通信领域发挥着重要的作用,在综合考虑了高速光电探测器的频率特性和响应度的基础上,给出了AlGaAs/GaAs pin光电二极管结构参数的最优化设计,使其在频率响应特性上满足10 Gbit/s的要求。着重研究了在半导体制作工艺中所涉及的光刻、腐蚀、表面钝化以及欧姆接触等问题,研制出暗电流小、响应速率高、响应度高而且可靠性良好的短波长高速pin光电二极管。在产品应用之前的可靠性测试中,老化时间大于2 000 h的情况下仍能保持良好的暗电流特性,满足工业化生产的条件。     

具有极低暗电流的光电二极管

<正> 在1～1.65μm波长范围内工作的光波通讯系统,需要高速、低噪声的InGaAs光电探测器。与在相同波长范围工作的雪崩光电二极管相比,p-i-n光电二极管具有暗电流低、频率带宽大等优点。最近美国贝尔实验室针对光波通讯的需要,已研制成具有上述优点的p-i-n光电二极管。这是一种平面的、Zn扩散的InP/InGaAs     

用于位置检测的光电二极管参数分析

PIN型光电二极管由于响应速度快,暗电流低,噪声低等特点越来越多地被应用到位置检测中,如何根据设计需求对光电二极管进行选型很重要。通过分析光电二极管的光灵敏度、暗电流、噪声等效功率和响应速度性能参数,分解光电传感器位置检测系统的设计需求,提出了光电二极管的选择依据。     

外保护环短路不能减小光电二极管暗电流

通过理论和实验证明了外保护环短路的光电二极管不仅不能减小暗电流,相反会增加暗电流。因此想用外保护环短路,以求减小光电二极管暗电流的方法是不可行的。其结果与预期的正好相反。     

HOT器件用旋转式斯特林制冷机研究进展

随着碲镉汞（mercury cadmium telluride,MCT）材料制备工艺的改进和提升,芯片组件的暗电流得到一定程度的抑制,红外探测器芯片组工作温度上升成为发展趋势。高工作温度（high operation temperature）器件的发展推动着小型低温斯特林制冷机向更小尺寸（size）、更小重量（weight）、更低功耗（power）、更低成本（price）、更好性能（performance）的方向发展。本文介绍了HOT器件用斯特林制冷机的SWaP3设计理念,薄壁管短冷指、高效小尺寸控制器、综合热管理、可靠性预测等设计技术,总结了近年国内外HOT器件用旋转式斯特林制冷机的研制进展。     

高德红外640×512中波红外探测器的规模化生产

经过多年的研发工作,制冷型碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride,MCT)中波红外探测器已经实现了批量化生产能力,其阵列规格也从最初的320×256发展到现在的1280×1024(百万像元级)。目前,随着武汉高德红外股份有限公司(以下简称"高德红外公司")探测器产品水平的不断提高,基于红外探测器的热成像系统被广泛应用于机载、舰载、陆战以及手持观测等军用装备。以640×512/15μm碲镉汞中波红外探测器为例,介绍了高德红外公司探测器产品的工程化应用情况,并分析了探测器研制过程中需要解决的问题,最后指出了未来探测器发展及应用的方向。     

Analysis of dark current in IR detectors on thinned p-type HgCdTe

A model for the diffusion dark current in MIS IR detectors on thinned bulk p-type HgCdTe is discussed. The model includes trap-assisted tunneling mechanisms in the back-side depletion region as well as the effects of fast surface states. Expressions for the net recombination rate are developed for situations in which trap-assisted tunneling transitions are allowed. Calculations for 12-μm optical cutoff detectors operating at liquid-nitrogen temperature show that the properties of the back side, including surface fixed charge density, depletion region trap density, fast surface-state density, and majority carrier concentration, have a strong influence on the dark current levels of detectors on thin material. It is predicted that typical as-fabricated surface parameters will not result in large dark current densities. Calculations for detectors with surface parameters common to stressed (degraded) back surfaces, however, show dark current densities which would significantly affect detector performance     

气态源分子束外延生长扩展波长InGaAs探测器性能分析

从理论与实验两方面对截止波长为1.7μm(x=0.53),1.9μm(x=0.6)和2.2μm(x=0.7)p in InxGa1-xAs探测器性能进行了研究.对探测器暗电流的研究结果表明,扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器在反向偏置低压区,欧姆电流占据主导地位;在反向偏置高压区,缺陷隧穿电流占主导地位;且扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器的暗电流比In0.53Ga0.47As探测器增加较大.对探测器R0A随温度及i层载流子浓度变化关系的研究结果表明,在热电制冷温度下探测器性能可得到较大提高,i层的轻掺杂可使探测器的R0A得到改善.     

Hg1-xCdxTe metal-semiconductor-metal (MSM)photodetectors

Metal-semiconductor-metal (MSM) detectors with active layers of Hg _1-xCd_xTe (x=0.62-0.74) and electrode spacings of 2, 4, and 6 μm have been fabricated and characterized. Direct-current measurements have shown a low dark current and high responsivity from 0.15 to 1.5 A/W at 10-V bias. The lowest values of dark current (0.16 mA cm²) were obtained for detectors which incorporated an overlayer of CdTe. For detectors without the overlayer, increasing the Cd mole fraction resulted in a decrease in the dark current and a reduction in the 300-nm responsivity. Measurements of frequency response for these detectors show a maximum loss of 8 dB to 20 GHz. These results compare favorably with high-performance MSM detectors based on In_0.53Ga_0.47As with a lattice-matched barrier layer of In_0.52Al_0.48As     

Au掺杂碲镉汞长波探测器技术研究

昆明物理研究所多年来持续开展了对Au掺杂碲镉汞材料、器件结构设计、可重复的工艺开发等研究,突破了Au掺杂碲镉汞材料电学可控掺杂、器件暗电流控制等关键技术,将n-on-p型碲镉汞长波器件品质因子(R₀A)从31.3Ω·cm²提升到了363Ω·cm²(λcutoff=10.5μm@80 K),器件暗电流较本征汞空位n-on-p型器件降低了一个数量级以上。研制的非本征Au掺杂长波探测器经历了超过7年的时间贮存,性能无明显变化,显示了良好的长期稳定性。基于Au掺杂碲镉汞探测器技术,昆明物理研究所实现了256×256 (30μm pitch)、640×512 (25μm pitch)、640×512 (15μm pitch)、1 024×768 (10μm pitch)等规格的长波探测器研制和批量能力,实现了非本征Au掺杂长波碲镉汞器件系列化发展。     

Electromagnetic Modeling of <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-on-<Emphasis Type="Italic">p</Emphasis> HgCdTe Back-Illuminated Infrared Photodiode Response

The mercury cadmium telluride (MCT) photodiode is a well-known detector for infrared (IR) sensing. Its growth (mainly liquid phase epitaxy (LPE)) and photovoltaic technology (ion implantation planar technology for instance) for second-generation IR detectors (linear and 2D monospectral arrays) now appear to be mature, well mastered, and understood, and allow optimal detection in a wide range of spectral bands. However, the next generation of IR detectors is supposed to use more sophisticated structures and technologies (such as mesa technology for dual-band detection or advanced heterostructures for high-operating-temperature detectors). Such structures are usually grown by molecular beam epitaxy (MBE) and consist of a layered stack of different thicknesses, HgCdTe (MCT) compositions, and doping levels. Moreover, pitches accessible today with advanced hybridization techniques (20 μm or less) tend to approach the diffraction limit, especially for long-wave (LWIR) and very long-wave (VLWIR) devices. Hence, the physical understanding of these third-generation pixels from an electromagnetic (EM) point of view is not straightforward as it will have to take into account diffraction effects in the pixels. This paper will focus on EM simulation of advanced MCT detectors, using finite element modeling (FEM) to solve Maxwell’s equations in a two-dimensional (2D) configuration and calculate absorption in the pixel. The corresponding collected current is then estimated by introducing a simple diffusion modeled diode and is compared to spot-scan experiments and/or experimental spectral responses to validate the method.     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（上）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_0A接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Operating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（下）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_oA接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Opeating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。