祁娇娇,赵 凯

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

HgCdTe是一种Ⅱ-Ⅵ族窄禁带化合物半导体,在短波、中波、长波和甚长波等各个红外波段均为主流的红外探测器材料,具有带隙可调,光吸收系数大,载流子寿命长,电子迁移率高等优点[1]。由HgCdTe材料制备的红外探测器在整个红外波段都具有很高的光子吸收率；而且工作温度较高(77 K),具有很高的探测性能,在过去的50多年中,HgCdTe红外探测器在气象、地球观测、医疗、通讯、军事等方面均取得了长足的进步[2]。目前已发展到了第三代红外焦平面探测器,器件呈现高集成度、高工作温度、低成本等特点[3-4]。目前对碲镉汞红外探测器的研究已经取得很大成果,但像元金属层尺寸对器件电学参数的影响却鲜有报道。

由于HgCdTe材料自身的性质及工艺的特殊性,影响探测器性能的参数较多,工艺过程波动大,实验数据难以真实反映其性能。目前可以通过软件模拟的方式对HgCdTe材料和器件进行仿真模拟,排除工艺过程中工艺波动带来的影响,缩短工艺验证周期,极大地节约了金钱和时间成本[5-7]。本篇文章基于TCAD Sentaurus半导体仿真软件,针对HgCdTe长波探测器的像元尺寸对器件电流的影响进行仿真模拟,分析了光伏型红外探测器的工作原理,建立相应长波器件二维模型,分析了不同电极尺寸条件对器件电流的影响,并对影响机理进行了分析,并得出一系列结果,为器件电极尺寸的设计工艺奠定了基础。

2 数值模型

2.1 光伏器件简介

Hg1-xCdxTe是三元化合物半导体材料,光伏器件由p-n结组成,如图1所示[8]。……