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原文传递一种碲镉汞红外焦平面探测器响应光谱的计算方法

专利名称：	一种碲镉汞红外焦平面探测器响应光谱的计算方法
摘要：	本发明公开了一种碲镉汞红外焦平面探测器响应光谱的计算方法，该方法主要包括入射光在碲镉汞红外焦平面探测器中的传播、碲镉汞吸收层中载流子的输运、碲镉汞吸收层表面态复合模型以及响应光谱的综合设计。设计的响应光谱曲线在干涉条纹以及在短波红外区域量子效率下降的现象与实际的测试结果一致。该设计方法对碲镉汞红外焦平面探测器响应光谱优化有重要意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	中国科学院上海技术物理研究所
发明人：	叶振华;孙渟;胡晓宁;廖清君
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910411828.9
公开号：	CN110243779A
代理机构：	上海沪慧律师事务所
代理人：	郭英
分类号：	G01N21/35(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	200083 上海市虹口区玉田路500号
主权项：	1.一种碲镉汞红外焦平面探测器响应光谱的计算方法，所述的碲镉汞红外焦平面探测器结构为：衬底之上为缓冲层和碲镉汞吸收层，衬底背面为增透膜，其特征在于计算方法的包括以下步骤：第一步为增透膜、衬底、缓冲层总体透过率的计算；多层结构中的每一层均可视为均匀介质膜，其折射率只在法线方向上与周围介质不同，在垂直于法线方向的任意平面内折射率不变；均匀介质膜的透过率为：其中碲镉汞吸收层之前的多层结构的总体透过率t为每一层透过率的乘积。公式中各参数的物理意义为：T为均匀介质膜透过率，n1、n2、n3分别为入射端介质折射率、均匀介质膜透过率、出射端介质透过率，θ1、θ2、θ3分别为均匀介质膜上表面入射角、上表面出射角、下表面出射角；第二步为背照射情况下的量子效率的计算；采用背照射模式的n-on-p光伏型碲镉汞焦平面探测器的光吸收发生在P区，在P区产生的光生载流子，即电子，扩散进入p-n结，在外电路中产生光电流。在器件设计过程中要求P区的厚度小于电子扩散长度，并且P区组分决定着禁带宽度，进而决定响应光谱的截止波长。以下从p区光子吸收系数入手，讨论背照射情况下的量子效率；当入射光子能量E低于p区碲镉汞禁带宽度Eg时，所产生的吸收为低能段的吸收边，吸收系数的表达式为： E≤Eg: 其中 lnα0＝-18.5+45.68x E0＝-0.355+1.77x αg＝-65+1.88T+(8694-10.31T)x 其中x为碲镉汞组分，T为实验温度。随着入射光波长降低，能量E升高至禁带宽度Eg以上时，将进入本征吸收区，吸收系数的表达式为： E>Eg: β(T,x)＝-1+0.083T+(21-0.13T)x T＝77K时: β＝5.4+11x 碲镉汞禁带宽度为： Eg＝-0.295+1.87x-0.28x2+(6-14x+3x3)(10-4)T+0.35x4 由此可计算整个光谱范围内的吸收系数；进而得出背照射情况下的量子效率为：其中d为碲镉汞吸收层厚度，le为电子扩散长度；第三步为利用表面复合效应对量子效率进行修正；通过求解泊松方程得到碲镉汞表面电势随位置x变化关系为：根据E>Eg时可以看出当光子能量越高时，吸收系数越大，光吸收越集中于材料表面，表面态对于这种光生载流子的复合强度越高，进而表现出在响应光谱中短波端响应值较低的现象；具体的计算如下：入射光剩余的光功率： I(x)＝I0e-αx 其中x为碲镉汞内部到表面的距离，I0为碲镉汞表面光功率。被材料吸收的光功率： I(x)′＝I0(1-e-αx) 某一位置吸收的光功率： f(x)<1用来表征表面复合引起的衰减：则某一位置产生的电子数为：其中λ为入射光波长，h＝6.625×10-34J·s为普朗克常数，c＝2.998×108m/s为真空中光速；对所有位置积分得到表面复合影响下到达p-n结的电子数：第四步为响应光谱的计算；综合以上步骤中的影响响应光谱的因素；即由多层膜结构引起的干涉效应产生的总体透过率t；背照射情况下的量子效率η；表面复合影响下的实际光电子数Q′；得到稳态光电流密度为： Jph＝Q′et e＝1.602×10-19C为元电荷，绘制Jph与入射光波长之间的关系曲线并作归一化处理即得到响应光谱。
所属类别：	发明专利