Фотоприемники на основе твердого раствора кадмий-ртуть-телур (КРТ)
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
li>
КРТ материал относится к собственным полупроводникам, поэтому чувствительность детекторов на его основе выше, чем чувствительность детекторов на основе примесных полупроводников.
- В этом материале время жизни носителей довольно мало, диэлектрическая постоянная невелика, поэтому быстродействие детекторов на основе КРТ высокое.
Возможность варьировать ширину запрещенной зоны.
Еще одно преимущество КРТ перед другими материалами заключается в возможности (и это подтверждено опытными разработками) изготавливать многоэлементные линейные и двумерные матрицы фотодетекторов, чувствительных в спектральном диапазоне 1012 мкм при температуре 77К и в диапазоне 46 мкм при температуре 220К (-60 С).
Преимущества гетероэпитаксиальных структур КРТ по сравнению с объемными кристаллами КРТ.
Преимуществом структур является существенное упрощение технологии изготовления ИК фотоприемников. ГЭС (Гетероэпитаксиальные структуры) КРТ не уступают по свойствам объемным кристаллам КРТ, превосходят их по технологичности изготовления фотоприемников и пригодны для производства многоэлементных фотоприемников с параметрами, близкими к предельным.
Этот материал может быть изготовлен с различной шириной запрещенной зоны, так что приборы на его основе могут регистрировать ИК-излучение в диапазоне 1.6 20 мкм.
1.4 HgCdTe: свойства и технология
С точки зрения фундаментальных свойств HgCdTe очень привлекательный материал, он пользуется большим спросом в течение последних тридцати лет. HgCdTe полупроводниковый твердый раствор со структурой цинковой обманки, чьи свойства меняются непрерывно с изменением состава х между фазами бинарных соединений. Для того чтобы дать полное описание свойств и сказать, как они изменяются с х, необходимо большое число экспериментальных данных. В отличие от сильной зависимости полупроводниковых свойств от состава, период кристаллической решетки CdTe только на 0.3% больше, чем период кристаллической решетки HgTe. Здесь представлены фундаментальные свойства материала, важные при создании ИК-детекторов, а также связанные с технологией.
Полупроводниковые свойства
Рабочие характеристики ИК-фотодетекторов определяются следующими основными свойствами используемого полупроводника: шириной запрещенной зоны, собственной концентрацией, подвижностями электронов и дырок, коэффициентом поглощения, скоростями тепловой генерации и рекомбинации. Табл. 1 содержит перечень основных параметров материала.
Зонная структура
Электрические и оптические свойства Hg1-xCdxTe определяются структурой запрещенной зоны вблизи Г-точки зоны Бриллюэна. Формы электронной зоны и зоны легких дырок определяются шириной запрещенной зоны и матричным элементом импульса. Ширина запрещенной зоны этого соединения при температуре 4.2 К варьируется от -0,300 эВ для полуметаллического HgTe, проходит ноль при х = 0.15 и далее увеличивается до 1.648 эВ для CdTe.
Таблица 1. Физические свойства Hg1-xCdxTe (х = 0; 0.2; 1)
СвойстваТ, К.HgTeHg0.8Cd0.2TeCdTeПостоянная решетки А, А3006.46146.46376.4809Коэф. теплового расширения а, 10 -6 К.3004.24.14.1Тепловая проводимость С, Вт/(см К)3000.0310.0130.057Плотность р, г/см33008.0767.6305.846Температура плавления Тm, К.943940 (тв.)1050 (жид.)1365Ширина запрещенной зоны Eg, эВ300-0.14150.15461.489577-0.26080.08301.60884.2-0.29980.059601.6478Эффективные массы: m* /m770.0290.00640.096mh*/m0.350.70.40.70.66Подвижности, см2/(В с): е772.5 х1054x104h7x1023.8 х 104Собственная концентрация ni, см-33003.4 х 1016779.9 х 1013Статическая диэлектрическая постоянная h30020.817.810.5Высокочастотная диэлектрическая постоянная x30015.113.07.2
Подвижности
Благодаря малым эффективным массам, значения подвижности электронов в HgCdTe являются высокими, в то время как подвижность тяжелой дырки на два порядка ниже. Подвижность электронов определяется рядом механизмов рассеяния, включая рассеяние на ионизированных примесях и разупорядоченностях соединения, электрон электронные и дырка дырочные взаимодействия, рассеяние на акустических и полярных оптических фононах. Рассеяние на неполярных оптических фононах вносит значительный вклад в р-типе и полуметаллических материалах n-типа. Несмотря на то, что результаты расчета значений подвижности электронов в основном хорошо согласуются с экспериментом, все еще нет общего теоретического понимания подвижности дырки в HgCdTe.
Электронная подвижность в Hg1-xCdxTe (в см2/(В с)) в диапазоне составов 0.2 50 К может быть аппроксимирована как
е =с
Где г=(0.2/х)0,6, s = (0.2/x)7.5.
Используют следующую эмпирическую формулу подвижности е для слаболегированного материала n-типа:
е=9х104(me; T)-3/2. (13)
Эта формула может быть связана с формулой подвижности для рассеяния на ионизированной примеси при приблизительной оценке зависимостей е с изменением состава х и уровня легирования полупроводника при температуре >77 К.Предлагают эмпирическую формулу (действующую в диапазоне составов 0.18 < х < 0.25) для изменения подвижности е с изменением х при 300 К для самых высококачественных материалов:
е=104(8.754х-1.044)-1см2/(Вс). (14)
Значения подвижности дырок при комнатной температуре изменяются в диапазоне от 40 до 80 см2/(В с), температурные зависимости относительно слабы. Дырочная подвижность при темпе?/p>