一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光電探測(cè)器的性能評(píng)估測(cè)定方法，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)縱向結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率表征方法的不足，提供一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法?；诹孔狱c(diǎn)紅外探測(cè)器的光電導(dǎo)探測(cè)機(jī)制中光電流與量子效率、光電導(dǎo)增益之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光電流模型，確定光電流的大??；通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中響應(yīng)率與光電流的關(guān)系，建立響應(yīng)率模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)響應(yīng)率的表征。本發(fā)明的探測(cè)器特性量化方法與探測(cè)器的探測(cè)機(jī)制更相符。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與以往常用的量化方法相比，本發(fā)明的探測(cè)器特性量化方法對(duì)探測(cè)器光電流、響應(yīng)率等的預(yù)測(cè)與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測(cè)試值更加一致，使探測(cè)器探測(cè)性能的預(yù)測(cè)更加精確。
【專利說(shuō)明】一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電探測(cè)器的性能評(píng)估測(cè)定方法，特別涉及一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法。
【背景技術(shù)】
[0002]量子點(diǎn)紅外探測(cè)器是近年來(lái)出現(xiàn)的新型低維探測(cè)器，由于其具有低暗電流、高增益、高探測(cè)率等優(yōu)越特性，引起了人們的廣泛關(guān)注。這種新型光電導(dǎo)探測(cè)器采用了量子點(diǎn)納米結(jié)構(gòu)，使影響響應(yīng)率特性的因素發(fā)生了明顯的變化，而以往光電導(dǎo)探測(cè)器響應(yīng)率特性表征方法沒(méi)有充分考慮這些因素的影響，因此非常有必要在量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率表征問(wèn)題的研究中考慮探測(cè)器自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其內(nèi)部機(jī)制的特殊性，使響應(yīng)率的表征能更加準(zhǔn)確地體現(xiàn)探測(cè)器的性能，為探測(cè)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的理論支持。
[0003]響應(yīng)率是評(píng)價(jià)和衡量探測(cè)器性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)，其值越大意味著探測(cè)器性能越好，因而從第一臺(tái)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器誕生以來(lái)，響應(yīng)率表征方面的研究一直都是國(guó)內(nèi)外研究人員追逐的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，人們已經(jīng)對(duì)響應(yīng)率特性的表征進(jìn)行了大量的研究，提出了多種以電子傳輸為基礎(chǔ)的表征方法，其中大部分都是通過(guò)考慮單一的電子傳輸模式，并結(jié)合電子激發(fā)或者連續(xù)勢(shì)能分布建立響應(yīng)率表征模型的。如H.Liu, “Quantumdot infrared photodetector，，， 0pto~electronics Review, I, 1-5 (2003); RyzhiiV..“Physical model and analysis of quantum dot infrared photodetectorswith blocking layer，，，Journal of Applied physics, 2001, 89: 5117-5224; P.Martyniuk , A.Rogalski,“Insight into performance of quantum dot infraredphotodetectors, ” Bulletin the polish academy of sciences Technical sciences,57,103-116 (2009) ; Mahmoud Imbaby 1., Konber Hussien A., El_Tokhy MohamedS..“Performance improvement of quantum dot infrared photodetectors throughmodeling,” Optics and Laser technology, 42: 1240-1249 (2010).然而這些方法在進(jìn)行響應(yīng)率表征時(shí)，沒(méi)有充分考慮到電子傳輸?shù)奶厥庑?，沿用了量子阱紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)的一些特征，因而建立的響應(yīng)率表征方法不能合理地反應(yīng)探測(cè)器的響應(yīng)特性，難以準(zhǔn)確地用于探測(cè)器響應(yīng)率性能的預(yù)測(cè)和評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)縱向結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率表征方法的不足，本發(fā)明提供一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其更符合量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的探測(cè)機(jī)制，從而大大提高對(duì)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的預(yù)測(cè)、評(píng)估的準(zhǔn)確度。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，包括如下步驟:
步驟(I):根據(jù)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)特性，將電子傳輸過(guò)程分為微米電子傳輸和納米電子傳輸，通過(guò)激發(fā)能表征納米電子傳輸和微米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，并由此建立暗電流模型；
步驟(2):通過(guò)電子連續(xù)勢(shì)能分析法，將暗電流看作是由帶電量子點(diǎn)構(gòu)成的平面勢(shì)壘中的小孔流過(guò)的電流所形成的，并由此建立暗電流模型；
步驟(3):基于步驟1、2中的兩種暗電流模型，通過(guò)暗條件下電流平衡關(guān)系，求得量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)；
步驟(4):根據(jù)量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)與量子效率之間的關(guān)系，得到量子效率；
步驟(5):通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中光電導(dǎo)增益與量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光電導(dǎo)增益；
步驟(6):基于量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的光電導(dǎo)探測(cè)機(jī)制中光電流與量子效率、光電導(dǎo)增益之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光電流模型，確定光電流的大?。?br> 步驟(7):通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中響應(yīng)率與光電流的關(guān)系，建立響應(yīng)率模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)響應(yīng)率的表征。
[0006]所述步驟(1)中，通過(guò)引入連續(xù)耦合模型，激發(fā)能的表征為馬，其中，為微米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，納米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，
并由此表征暗電流密度
【權(quán)利要求】
1.一種量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:其包括如下步驟: 步驟(1):根據(jù)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)特性，將電子傳輸過(guò)程分為微米電子傳輸和納米電子傳輸，通過(guò)激發(fā)能表征納米電子傳輸和微米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，并由此建立暗電流模型； 步驟(2):通過(guò)電子連續(xù)勢(shì)能分析法，將暗電流看作是由帶電量子點(diǎn)構(gòu)成的平面勢(shì)壘中的小孔流過(guò)的電流所形成的，并由此建立暗電流模型； 步驟(3):基于步驟1、2中的兩種暗電流模型，通過(guò)暗條件下電流平衡關(guān)系，求得量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)； 步驟(4):根據(jù)量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)與量子效率之間的關(guān)系，得到量子效率； 步驟(5):通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中光電導(dǎo)增益與量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光電導(dǎo)增益； 步驟(6):基于量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的光電導(dǎo)探測(cè)機(jī)制中光電流與量子效率、光電導(dǎo)增益之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光電流模型，確定光電流的大小； 步驟(7):通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中響應(yīng)率與光電流的關(guān)系，建立響應(yīng)率模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)響應(yīng)率的表征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(1)中，通過(guò)引入連續(xù)耦合模型，激發(fā)能的表征為馬=?-+1_，其中，為微米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，K職。納米電子傳輸?shù)募ぐl(fā)能，并由此表征暗電流密度
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(2)中，通過(guò)連續(xù)勢(shì)能分析法表征暗電流密度:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(3)中，根據(jù)暗條件下電流平衡關(guān)系，得出:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(4)中，根據(jù)量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)與量子效率之間的關(guān)系，得到量子效率，寫為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(5)中，通過(guò)量子點(diǎn)紅外探測(cè)器中光電導(dǎo)增益與量子點(diǎn)內(nèi)平均電子數(shù)之間的關(guān)系，推導(dǎo)出光
電導(dǎo)增益，寫為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(6)中，基于量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的光電導(dǎo)探測(cè)機(jī)制，其光電流寫成:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:所述步驟(7)中，量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的響應(yīng)率通過(guò)探測(cè)器的光電流與入射光的光輻射能量的比值來(lái)得到：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器響應(yīng)率的表征方法，其特征是:在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)溫度計(jì)測(cè)出探測(cè)器的工作溫度T，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)出探測(cè)器工作時(shí)所加的電圧通過(guò)掃描電鏡測(cè)量得出測(cè)器結(jié)構(gòu)參數(shù)量子點(diǎn)層間距離L、量子點(diǎn)間的橫向距離￡_和量子點(diǎn)的橫向尺寸七?，通過(guò)掃描電鏡的EDX光譜對(duì)量子點(diǎn)層的化學(xué)元素進(jìn)行量化，確定量子點(diǎn)層內(nèi)施主雜質(zhì)的摻雜濃度。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103840028SQ201310593679
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】劉紅梅, 劉桂枝, 陳愛(ài)軍, 王萍, 石云龍 申請(qǐng)人:山西大同大學(xué)