界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列的影响机理研究

发布时间：2017-10-31 17:53

  本文关键词：界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列的影响机理研究

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【摘要】：在锑化铟(InSb)材料生长过程中,InSb表面会存在悬挂键、杂质等缺陷;在红外焦平面阵列制作过程中,感应耦合等离子体刻蚀(ICP刻蚀)、离子注入以及背减薄等工艺会在红外焦平面InSb材料表面引入一些人们所不希望的界面缺陷以及杂质。这些悬挂键、杂质以及缺陷会在InSb材料中引入一些不可避免的陷阱。然而,目前业界对InSb光伏型红外焦平面阵列的界面态鲜有报道。由于红外焦平面阵列制作工艺复杂、制作周期长、制造成本高,对其进行建模和数值仿真已经成为红外焦平面阵列设计与优化的重要手段。本文采用Silvaco-Atlas半导体器件仿真软件,由InSb半导体的电学特性、光学特性和材料特性入手,加入了肖克莱-瑞利-霍尔(SRH)复合、俄歇(AUGER)复合、辐射复合等复合模型,建立了InSb光伏型红外焦平面阵列仿真模型。在此模型基础上,主要做了如下工作:(1)通过数值仿真,研究了界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列瞬态特性的影响。通过研究界面态下的红外焦平面阵列的光产生率分布、空穴浓度分布、电场强度分布、空穴电流密度分布以及复合率分布,分析了界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列瞬态响应影响的内在物理机制。界面态的引入使得InSb光伏型红外焦平面阵列的响应度大大降低。同时,也从电流、电场、产生率、复合率等微观物理量出发,研究了界面态密度不同时,InSb光伏型红外焦平面阵列瞬态特性的差异,分析了界面态密度对红外焦平面阵列瞬态特性的影响。随着界面陷阱密度的增加,InSb光伏型红外焦平面阵列的响应度迅速减小。(2)通过数值仿真,研究了界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列串音以及量子效率的影响。通过研究界面态下红外焦平面阵列的光产生率分布、空穴浓度分布、电场强度分布、空穴电流密度分布以及复合率分布,分析了界面态对背照式InSb光伏型红外焦平面阵列串音影响的内在物理机制,以及界面态密度和位置变化时,界面陷阱对InSb光伏型红外焦平面阵列串音的影响。InSb吸收层以及像元间隔处界面陷阱的引入大大降低了红外焦平面阵列的串音,并且串音随着界面陷阱密度的增大迅速减小。另外,通过研究界面态下红外焦平面阵列的光产生率分布、空穴浓度分布、空穴电流密度分布以及复合率分布,分析了界面态对背照式InSb光伏型红外焦平面阵列量子效率影响的内在物理机制,界面态密度和位置变化时,界面陷阱对InSb光伏型红外焦平面阵列量子效率的影响。界面陷阱降低了InSb光伏型红外焦平面阵列的量子效率,且量子效率随着界面陷阱密度的增大而大大减小,影响最大的是InSb吸收层处的界面陷阱。界面态在降低量子效率的同时降低了串音,这提示探测器设计者在器件结构不变的情况下,应该根据设计指标客观看待界面态的存在。
【关键词】：InSb光伏型红外焦平面阵列 界面陷阱 瞬态特性 量子效率 串音
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN215
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-14
• 缩略语对照表14-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 InSb红外焦平面阵列研究现状18-20
• 1.3 本论文主要研究内容20-21
• 1.4 本章总结21-23
• 第二章 InSb光伏型红外焦平面阵列工作原理及其性能参数23-29
• 2.1 InSb光伏型红外探测器工作原理23-25
• 2.1.1 光伏效应23-24
• 2.1.2 InSb光伏型探测器常用结构24-25
• 2.2 InSb光伏型红外探测器主要性能参数25-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章 InSb光伏型红外焦平面阵列物理模型29-37
• 3.1 仿真软件介绍29-30
• 3.2 InSb光伏型红外焦平面阵列数值仿真模型30-35
• 3.2.1 InSb光伏型红外焦平面阵列模型中的基本方程31
• 3.2.2 InSb光伏型红外焦平面阵列模型中的物理效应31-32
• 3.2.3 InSb光伏型红外焦平面阵列模型中界面陷阱理论32-35
• 3.3 本章总结35-37
• 第四章 界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列性能参数的影响37-65
• 4.1 界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列瞬态特性的影响37-48
• 4.1.1 界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列瞬态特性的影响39-45
• 4.1.2“黑洞”效应分析45-48
• 4.2 界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列串音的影响48-60
• 4.2.1 InSb吸收层背面陷阱对InSb光伏型红外焦平面阵列串音的影响50-53
• 4.2.2 像元间隔陷阱对InSb光伏型红外焦平面阵列串音的影响53-56
• 4.2.3 台面两侧界面陷阱对In Sb光伏型红外焦平面阵列串音的影响56-57
• 4.2.4 三位置处均存在界面陷阱对焦平面阵列串音的影响57-60
• 4.3 界面态对InSb光伏型红外焦平面阵列量子效率的影响60-63
• 4.4 本章总结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 作者简介73-74

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本文编号：1123120