[发明专利]远红外阻挡杂质带探测器吸收层厚度的优化方法及装置

说明书

本发明提供一种远红外阻挡杂质带探测器吸收层厚度的优化方法及装置，包括如下步骤：获取阻挡杂质带探测器的物理模型的参数，构建阻挡杂质带探测器的数值模型；根据所述数值模型获取阻挡杂质带探测器的响应率R随入射波长λ变化的曲线；改变数值模型中的吸收层的厚度得到对应的光谱响应率曲线，获取光谱响应率曲线的峰值波长λ_P；获取拟合正电极偏压U_F下峰值响应率R_P随吸收层厚度T_Abs变化的曲线的函数式；获取拟合阻挡杂质带探测器生产成本C_m随吸收层厚度T_Abs变化的曲线的函数式；根据获取的函数式获取最佳吸收层厚度。本发明具有如下优势：通过数值模拟及数据拟合得到探测器的性价比因子关于不同吸收层厚度的函数式，根据所述函数式提取出最佳吸收层厚度。

技术领域

本发明涉及半导体光探测器技术，具体地，特别是涉及一种远红外阻挡杂质带探测器吸收层厚度的优化方法及装置。

背景技术

远红外线一般是指波长介于25微米～500微米的电磁波。远红外线具有明显的穿透能力及指纹特性，因此在天文观测、大气监测及违禁物品检测等领域具有广阔的应用前景。在天文观测领域，几乎所有的行星和宇宙尘埃在远红外波段都有明显的特征吸收峰，而且通过分子内部转动与振动气态星云能发射远红外线，因此利用远红外探测器可以实现高性能深空探测。在大气监测领域，相比于传统的近红外及中红外技术，远红外探测不仅能收集平流层的信息，而且能延伸探测范围至对流层，因此利用远红外探测器可以提升环境监测及大气分析能力。在违禁物品检测领域，爆炸物及毒品等违禁物品在远红外波段具有诸多吸收峰，这些吸收峰可以作为指纹特性用于识别爆炸物和毒品，因此利用远红外探测器可以构建新一代城市公共安全监测及预警体系。

阻挡杂质带(BIB)探测器是一种远红外探测器，它的优势在于探测灵敏度高、阵列规模大及响应谱段宽。BIB探测器从材料角度可以分为三类(分别是硅基、锗基和砷化镓基)，硅基BIB探测器的光谱响应可覆盖5微米～40微米，在三类探测器中技术最为成熟且应用最为广泛，这主要归功于硅材料良好的均匀性、稳定性及可靠性。虽然硅基BIB探测器可以通过向硅材料掺杂多种III族或V族元素(如：磷、硼、镓等)来实现，但硅掺砷(Si:As)及硅掺锑(Si:Sb)两种探测器仍然是目前性能最佳、应用最广的BIB探测器，在多项空间科学任务中获得了应用。锗基BIB探测器可延伸响应波长至200微米，目前最先进的锗基BIB探测器由日本航天局开发，并且已部署搭载到即将发射的红外空间望远镜SPICA中。砷化镓基BIB探测器可以进一步延伸响应波长至500微米，其波长延伸能力已吸引了学术界及工程界的普遍关注。

BIB探测器的吸收层作为关键功能层之一，其作用是将远红外辐射转化为光生载流子，然后在电场的作用下对光生载流子进行输运，以便探测器完成对光生载流子后续的收集过程。吸收层厚度对BIB探测器的性价比具有显著影响，一方面如果吸收层厚度太薄，远红外辐射的光电转化效率将降低；另一方面如果吸收层厚度太厚，光生载流子的输运效率将下降且探测器的生产成本将增加，因此对BIB探测器的吸收层厚度进行优化设计就显得尤为重要。实际应用中，为了获取最佳吸收层厚度并提高BIB探测器的性价比，现有技术是将BIB探测器进行多次试片后择优选用，时间与经济成本均较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种解决上述技术问题的远红外阻挡杂质带探测器吸收层厚度的优化方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明远红外阻挡杂质带探测器吸收层厚度的优化方法，包括如下步骤：

步骤1，获取阻挡杂质带探测器的物理模型的参数，构建阻挡杂质带探测器的数值模型；

步骤2，根据所述数值模型获取阻挡杂质带探测器的响应率R随入射波长λ变化的曲线，所述响应率R随入射波长λ变化的曲线即为光谱响应率曲线；

步骤3，改变数值模型中的吸收层的厚度得到对应的光谱响应率曲线，获取光谱响应率曲线的峰值波长λ_P；