InSb红外焦平面探测器阵列数值模拟和光电调控机理研究

发布时间：2017-11-11 23:26

  本文关键词：InSb红外焦平面探测器阵列数值模拟和光电调控机理研究

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【摘要】：本文通过数值模拟的方法对Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面阵列和衍射型微透镜InSb红外焦平面探测器阵列的性能特征展开了初步的研究分析和设计优化,旨在为具有高灵敏度、大面阵和多色探测等特征的第三代InSb红外焦平面阵列器件的研发提供一定的理论指导和实践经验。研究结果表明,Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面阵列可以同时处理紫外和红外波段的信号,从而提高器件的灵敏度和对目标物体的识别率,而衍射型微透镜InSb红外焦平面阵列通过引入光聚焦结构,可以有效提高量子效率和降低串音。具体的研究方法和成果如下:1、本文采用有限时域差分法(FDTD)和有限元法(FEM)联合模拟来对器件进行二维数值分析。在FDTD方法模拟电磁场的过程中,先建立各种材料参数的数据库,如各频率对应的电导率、相对介电常数和相对磁导率等,然后对设计的器件结构进行网格划分,结合材料参数和色散模型使用FDTD方法计算目标区域内的电磁场分布并转化为光生载流子浓度分布。在FEM方法模拟器件电学特性的过程中,结合光生载流子浓度分布结果,导入材料的迁移率、带隙、吸收系数、介电常数等参数,并依据经典漂移扩散模型、SRH复合和俄歇复合等基本物理模型计算器件零偏下的电流。2、通过以上模拟方法,获得了Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面探测器阵列的光谱响应,结果表明该器件的工作波段为300~550nm(紫外)和2.9~5.7μm(红外),理论上验证了Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面阵列双色探测的可行性。利用衍射光学理论设计了四相位单波带、五相位单波带、八相位单波带、十六相位单波带和八相位双波带五种衍射型微透镜InSb红外焦平面探测器阵列,通过数值模拟来分析器件量子效率和串音率与衍射型微透镜结构的关系。研究发现,相比于传统的折射型微透镜,衍射型微透镜在微结构尺寸与波长相当时具有更好的聚焦效果。随着波带内相位数的增加,衍射型微透镜InSb红外焦平面探测器阵列的量子效率增加而串音率减小,其中十六相位结构在衍射型微透镜厚度为165μm时具有最高的量子效率52.0%。通过对不同结构的衍射型微透镜InSb红外焦平面探测器阵列的量子效率进行拟合得到了量子效率与器件结构参数关系的经验公式。这些研究成果可以为第三代In Sb红外焦平面阵列技术提供理论支持。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN215

【参考文献】

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本文编号：1173353