新型红外光电探测器局域电场表征与暗电流抑制机理分析

发布时间：2023-02-09 07:56

　　红外光电探测技术发展至今已有近九十年历史。当前,红外探测系统的发展方向是更小尺寸(Size)、更低重量(Weight)、更小功耗(Power)、更低价格(Price)和更高性能(Performance),常被称为SWAP3。在这个背景下,新一代高灵敏度红外雪崩光电探测器和高工作温度红外光电探测器迎来快速发展。HgCdTe材料具有极高的光电转化效率、载流子输运特性好、响应范围随组分可调等优势,更为重要的是它在中长波红外波段,材料的电子空穴离化系数比非常大,是制备高性能电子注入型雪崩光电探测器的最理想材料之一。但是国内对于HgCdTe雪崩光电探测器的研究还处于起步阶段,存在材料生长和器件制备工艺仍在完善、暗电流及关联噪声大、雪崩电离机理不清晰、器件评估仍未形成标准等问题。为此,本论文建立了HgCdTe雪崩红外探测器的优化设计和性能评估方法,系统研究了HgCdTe雪崩光电探测器的暗电流抑制机理及关联噪声的起源。进一步的,面向未来SWAP3应用,初步研究了基于新型二维材料和非本征硅基红外光电探测器在高工作温度下的探测机理。本课题具体的研究内容和主要研究成果如下:1.平面结和台面结中波雪崩光电探...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 红外光电探测器简述
        1.1.1 红外光电探测器发展历史
        1.1.2 红外光电探测器发展概况
        1.1.3 红外光电探测器分类
    1.2 HgCdTe红外雪崩光电探测器
        1.2.1 HgCdTe雪崩光电探测工作原理
        1.2.2 HgCdTe APD国内外研究进展
    1.3 高工作温度红外光电探测器
        1.3.1 室温工作低维材料红外探测器
        1.3.2 高温工作非本征硅基红外探测器
    1.4 本论文主要工作
        1.4.1 本论文研究目的
        1.4.2 本论文研究内容
第2章 红外光电探测器性能评价及分析方法
    2.1 评估器件性能的重要指标
    2.2 仪器及测试平台搭建
        2.2.1 黑体及光谱测试系统
        2.2.2 噪声测试系统
        2.2.3 单点成像系统
    2.3 器件仿真及原理介绍
    2.4 本章小结
第3章 中波红外HgCdTe APD暗电流分析及优化设计
    3.1 平面结/台面结HgCdTe APD制备与器件性能分析
        3.1.1 器件制备
        3.1.2 器件电流特性及仿真模拟
        3.1.3 平面结与台面结HgCdTe APD小结
    3.2 APD器件内电场的表征方法
        3.2.1 高精度二维扫描LBIC表征平台
        3.2.2 低温退火工艺对HgCdTe材料的影响
        3.2.3 激光束诱导光电流法表征In Ga As APD局域电场
    3.3 离子注入型中波红外HgCdTe APD优化设计
    3.4 本章小结
第4章 二维材料红外光电探测器光电特性分析及性能模拟
    4.1 基于二维材料的高性能红外光电探测器的定性分析
    4.2 外场调控下新型二维材料器件性能模拟
    4.3 本章小结
第5章 室温工作非本征硅基红外探测器表征及性能测试
    5.1 非本征硅基红外探测器研究背景
    5.2 室温工作BIB红外探测器制备及性能测试
    5.3 器件成像实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要研究成果
    6.2 存在的问题与后期工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3738521