[发明专利]一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法

权利要求书

1.一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：红外焦平面探测器阵列设计及工艺材料选择；

步骤2：基于有限差分时域方法的光学模拟，得到中心像素光子产生率积分值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_optical(x)；

步骤3：基于有限元方法进行电学模拟，得到中心像素光电流值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_photocurrent(x)；

步骤4：利用Lucy-Richardson反卷积算法分别求解光学串扰机制和载流子扩散机制作用的探测器像素内响应灵敏度函数，以及两种机制共同作用下像素内响应灵敏度函数；

步骤5：选择不同的参数进行仿真，并分析红外探测器像素内响应灵敏度与吸收层厚度、吸收层掺杂浓度、入射波长和像素尺寸的关系。

2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于：

在步骤1中所述的红外焦平面探测器阵列结构设计包括探测器p区尺寸、n区尺寸、接触层位置以及阵列规模；所述的工艺材料选择包括探测器结构材料、接触层材料；掺杂设置包括掺杂区域、掺杂材料和掺杂浓度。

3.根据权利要求1所述的一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于：在步骤2中所述的基于有限差分时域方法的光学模拟的具体方法如下：

步骤1)：基于光学系统参数和入射波长参数，对高斯光斑在束腰处的辐照度的分布表达式进行设置；

步骤2)：以红外焦平面探测器阵列中心像素的中心坐标作为坐标原点，高斯光斑在探测器阵列上进行“Z”形扫描；

步骤3)：基于有限差分时域方法求解麦克斯韦方程，得到探测器内部的光子产生率分布；

步骤4)：对光子产生率分布进行积分，得到中心像素光子产生率积分值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_optical(x)。

4.根据权利要求1所述的一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于：在步骤3中所述的基于有限元方法进行电学模拟的具体方法如下：

步骤1)：电学模拟的物理模型设置，包括迁移率模型、复合模型(SRH复合、俄歇复合、辐射复合和带间复合)；

步骤2)：根据步骤2计算得到的光子产生率分布，利用有限元方法联立求解连续性方程、泊松方程和电流密度方程，得到探测器内部电流分布；

步骤3)：计算得到中心像素光电流值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_photocurrent(x)。

5.根据权利要求1所述的一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于：在步骤4中所述的利用Lucy-Richardson反卷积算法求解像素内响应灵敏度函数，具体方法如下：

步骤1)：根据步骤2计算得到的中心像素光子产生率积分值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_optical(x)与高斯光斑辐照度分布函数g(x)反卷积，即可解算得到光学串扰机制作用的像素内响应灵敏度函数IPS_optical(x)；

步骤2)：根据步骤3计算得到的中心像素光电流值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_photocurrent(x)与高斯光斑辐照度分布函数g(x)、光学串扰机制作用的像素内响应灵敏度函数IPS_optical(x)以及探测器像素矩形采样函数rect(x)的关系式，通过反卷积解算得到载流子扩散机制作用的像素内响应灵敏度变化函数IPS_diffusion(x)；

步骤3)：根据步骤3计算得到的中心像素光电流值随高斯光斑扫描位置变化曲线S_photocurrent(x)与高斯光斑辐照度分布函数g(x)反卷积，即可解算得到光学串扰和载流子扩散两种机制共同作用的像素内响应灵敏度变化的函数IPS_total(x)。

6.根据权利要求1所述的一种红外焦平面探测器阵列像素内响应灵敏度的仿真方法，其特征在于：在步骤5中所述的像素内响应灵敏度结果分析，具体方法如下：

步骤1)：选择不同的吸收层厚度、掺杂浓度、入射波长和像素尺寸参数，重复步骤2、步骤3和步骤4的仿真过程；

步骤2)：分析红外探测器像素内响应灵敏度与吸收层厚度、吸收层掺杂浓度、入射波长和像素尺寸的关系。