[发明专利]一种优化锑化铟光伏型探测器件吸收层厚度的方法

摘要

本发明公开了一种优化锑化铟光伏型探测器件吸收层厚度的方法，该方法是通过器件模拟得出光照吸收区时不同吸收层厚度下的光谱响应曲线，通过与实验测量的光谱响应数据进行对比，得到最大光谱响应值对应的吸收层厚度即为最佳吸收层厚度，进而为优化锑化铟光伏型探测器件吸收层厚度提供了依据。本发明对于改善器件性能和优化器件设计都有着十分重要的意义。

主权项

一种优化锑化铟光伏型探测器件吸收层厚度的方法，其特征在于包括如下步骤：1)构建二维p+-on-n型锑化铟光伏探测器件模型，p区掺杂浓度为1016cm-3，n区掺杂浓度为9×1014cm-3，并在整个器件外表面钝化一层SiO2，同时p区和n区分别安装电极以测量输出电压信号；2)根据步骤1中的结构参数制作8个不同n区厚度即不同吸收层厚度的锑化铟光伏型探测器件芯片的中波光电二极管样品，用作于实验测量样品，其吸收层厚度分别为6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、18μm、25μm和30μm；3)测量步骤2中所得样品的性能参数得到：禁带宽度为0.227eV，有效电子质量为0.014m0，有效空穴质量mhp＝0.43m0、mlp＝0.015m0，其中m0为自由电子质量，电子迁移率为105～106cm2/V·s，空穴迁移率为103～106cm2/V·s，本征载流子浓度ni＝1.513×1010cm-3，电子扩散系数Dn＝226.0cm2/s，空穴扩散系数Dp＝66.0cm2/s，电子载流子寿命约为10-10s，空穴载流子寿命约为10-6s，光学吸收系数为4150.0/cm，表面复合速率s1＝s2＝1012cm/s，相对介电常数为16.8；4)构建物理模型：半导体器件数值模拟的基本方程是泊松方程、电子与空穴的连续性方程、电子输运方程，光响应可由载流子产生率加入方程，表面复合也可加入方程，包括SRH复合、Auger复合和辐射复合，同时还要考虑到载流子的热效应、高场饱和效应，用有限元方法离散化联立迭代求解，势垒的隧穿效应为独立方程，与上述方程自洽求解，模拟过程中所用的器件模型如步骤1中所述，所用的器件性能参数如步骤3中所述；5)调节物理参数，使模拟环境温度为77K，外加入射光垂直照射到器件测量区域n区，即吸收层，光功率恒为0.0001W/cm-2，固定吸收层厚度不变，改变入射光波长，由数值模拟得到响应率随入射光波长变化的曲线；6)改变吸收层厚度，重复步骤5，得到一系列不同吸收层厚度下响应率随入射光波长变化的曲线；7)选取步骤6中响应率曲线的峰值波长，即截止波长为5.5μm，作为入射光波长，改变吸收层厚度，由数值模拟得到响应率随吸收层厚度变化的曲线；8)在实验过程中，同样选取截止波长5.5μm作为入射光波长，光功率恒为0.0001W/cm-2，使入射光分别垂直照射到步骤2中所述的8个样品的测量区域，即吸收层，采用傅立叶光谱仪NEXUS 670测量样品在液氮温度下的响应光谱曲线，通过分别采集光路背景和含背景的器件响应，再经仪器自动扣除背景来完成光谱测量；9)将步骤7中所得到的模拟数据与步骤8中所得到的实验数据进行对比，得到响应率峰值所对应的厚度即为最佳吸收层厚度。