【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?? ??（ 3）光電探測(cè)器的暗電流 Id與噪聲 NEP表示在 1Hz的信號(hào)帶寬上當(dāng)信噪比 SNR為 1時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入光功率。在信號(hào)帶寬或測(cè)量帶寬為 B時(shí)，如果 SNR仍為 1，則此光功率的 P(W)的下限為： （ 4）探測(cè)率 （ 5）（－ 3dB）即功率下降到 1/2時(shí)對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率 二、光電探測(cè)器的性能參數(shù) BN E PP ??測(cè)面積為光電探測(cè)器的等效探AN E PABD ?*固體探測(cè)器的 2個(gè)基本性質(zhì)： （ 1）熱平衡自由載流子少；（ 2）陷阱復(fù)合中心要少。 符合上述兩條件的就只有半導(dǎo)體了。下面是具體的一些要求及其目的： 1. 對(duì)電子和空穴有長(zhǎng)的漂移長(zhǎng)度：達(dá)到有效載流子和好的參量分辨率； 2. 禁帶寬度大：可工作的溫度高，使用范圍寬； 3. 低的凈雜質(zhì)濃度：獲得較大的耗盡區(qū)； 4. 高的原子序數(shù)：對(duì) g 有高的探測(cè)效率； 5. 理想的晶體生長(zhǎng)技術(shù)和電接觸技術(shù)：便于制備探測(cè)器。 三、半導(dǎo)體探測(cè)器對(duì)材料的要求 1. 一般的基本要求 （ 1）硅面壘探測(cè)器的 n 型和 p 型硅單晶： 用區(qū)熔法制取高純硅單晶，對(duì)它的要求是： 1. 電阻率要高，但補(bǔ)償溫度要低； 2. ?? 積要大；（ 遷移率和少子壽命） 3. 位錯(cuò)密度要小且均勻，不能存在堆垛層錯(cuò)和位錯(cuò)排； 4. 徑向和軸間電阻率的不均勻性應(yīng)小于 15%。 2. 硅單晶 （ 2）用于制備硅鋰漂移探測(cè)器的 p 型硅單晶： 對(duì)晶格的完整性要求高，因?yàn)橛?p型 Si制備漂移探測(cè)器時(shí)有一個(gè)鋰漂移過程，而在鋰漂移過程中鋰離子易與氧及空位等結(jié)合而構(gòu)成不同的復(fù)合體，阻撓鋰離子移動(dòng)，導(dǎo)致補(bǔ)償達(dá)到不夠的寬度，所以要求： 1. 基硼電阻率高，不摻雜； 2. 徑向均勻性好； 3. 壽命大于 500微秒； 4. 氧含量小于 2*1015 cm2 2. 硅單晶 （ 3）用于制備薄的 dE/dx外延探測(cè)器的材料 1）對(duì)外延層材料的要求： 電阻率與襯底電阻率之比要大于 10000； 電阻率均勻； 它與襯底層之間有一明顯的突變交界面； 襯底材料的電阻率較??； 2）對(duì)化合物半導(dǎo)體材料的要求： 較高的平均原子序數(shù)； 較寬的禁帶寬度； 較高的純度和完整性； 較大的 ??積。 2. 硅單晶 元素半導(dǎo)體光電材料 典型的禁帶寬度： Si eV Ge eV 理想的晶體在絕對(duì)零度時(shí)存在一個(gè)空的導(dǎo)帶，由一個(gè)禁帶把它一填滿的價(jià)帶隔開，隨著溫度上升，由于熱激發(fā)而產(chǎn)生 ep 對(duì)，引起導(dǎo)電勢(shì)，這種性質(zhì)叫做 本征半導(dǎo)電性 ，電子和空穴具有相同的濃度： 一、 Si 和 Ge 的結(jié)構(gòu)特征和電學(xué)性質(zhì) )()2e x p (2/3npiigienkTEUTn??? ????由此得到：1. 本征性質(zhì) ? 實(shí)際上理想的晶體是不存在的，化學(xué)雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷或多或少為存在，影響平衡時(shí)電子和空穴的相對(duì)濃度。導(dǎo)帶中的電子數(shù)： ? 如果施主和受主相等濃度導(dǎo)致類似本征材料的狀況。 ? 雜質(zhì)能級(jí)如果靠近相應(yīng)能帶邊緣，則為 淺位雜質(zhì) ，反之為 深位雜質(zhì) 。前者是 III族和 V族的全部元素，后者有過渡金屬等。 2. 非本征性質(zhì) 2innp ??熱振動(dòng)、雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷是晶體周期的不完整性的三個(gè)方面。 ?缺陷的重要性主要在于它們對(duì)遷移率、復(fù)合和俘獲現(xiàn)象的影響，主要有 點(diǎn)缺陷 、 線缺陷 和 面缺陷 。 ?點(diǎn)缺陷是集中在晶體中單點(diǎn)的結(jié)構(gòu)缺陷，包括空位和填隙等； ?線缺陷是沿著一條件集中的不完整性，也叫做位錯(cuò)，如：應(yīng)力作用下產(chǎn)生的某些平面滑移等； ?人們對(duì)面缺陷的研究知之甚少，相對(duì)來說也不太重要。 3. 晶格的結(jié)構(gòu)缺陷 ?在實(shí)際應(yīng)用中，電子和空穴的濃度往往是偏離平衡濃度的，即所謂的非平衡現(xiàn)象是普遍存在的。 ?如果： ?那么，可以定義 ? 為少數(shù)載流子壽命。再由 Einstein關(guān)系可以得到擴(kuò)散率和擴(kuò)散長(zhǎng)度： ?在最初的半導(dǎo)體晶體中，截流載流子壽命僅受復(fù)合過程限制，因?yàn)楫?dāng)時(shí)注重于減少俘獲效應(yīng)；但是在半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的研究中，往往是由測(cè)量出的電荷收集效率來推導(dǎo)電荷載流子的壽命的。 4. 半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的有效載流子濃度 ?/0)( tentn ?????DDLektD???2/1)(/Eg(Si) = eV Eg(Ge) = eV，兩者的本征型探測(cè)器遠(yuǎn)不如 PbS探測(cè)器，所以要引入雜質(zhì)。 Si 材料的特性 引入雜質(zhì)在 Si禁帶中建立起相應(yīng)的局部能態(tài)，外界紅外輻射會(huì)引起雜質(zhì)能級(jí)的光激勵(lì)，光電導(dǎo)響應(yīng)與這些能級(jí)到導(dǎo)帶或滿帶的電子或空穴躍遷有關(guān)。 Si 探測(cè)器的特點(diǎn) 硅的介電系數(shù)低，具有合適能級(jí)的雜質(zhì)的溶解性高，所以能夠制成紅外吸收系數(shù)較大的非本征型硅探測(cè)器。 ： 熱成像技術(shù)，紅外探測(cè)器。 二、非本征硅紅外探測(cè)器材料 IIIV族化合物半導(dǎo)體光電材料 ? GaAs的禁帶寬度比 Si稍微高一點(diǎn)，有利于制作在較高溫度下的器件；其遷移率較高，約是 Si中電子的 5倍。 ? GaAs為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，密度為 ，主要為共價(jià)鍵形式。能帶結(jié)構(gòu)為直接躍遷型，有較高的發(fā)光效率。其禁帶中淺雜質(zhì)電離能小。 一、 GaAs體系光電薄膜的量子阱、超晶格結(jié)構(gòu) 1. GaAs材料的特性 ? GaAs單晶的制備主要有：GaAs的合成， As蒸氣壓的控制。圖為水平舟生長(zhǎng)法。 （ 1）半導(dǎo)體超晶格、量子阱的概念 能夠?qū)﹄娮拥倪\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生某種約束并使其能量量子化的勢(shì)場(chǎng)稱為量子阱。 半導(dǎo)體的超晶格結(jié)構(gòu)與多量子阱結(jié)構(gòu)相似。 、量子阱材料 （ 2）半導(dǎo)體超晶格、量子阱的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 量子阱和超晶格能帶結(jié)構(gòu)，特別是能帶在異質(zhì)結(jié)處的形狀，對(duì)其量子效應(yīng)起著決定性的作用，而能帶結(jié)構(gòu)又取決組成材料的物理化學(xué)性能以及界面附近的晶體結(jié)構(gòu)。 2. 半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料 （ 3）半導(dǎo)體超晶格、量子阱的分類 ? 按組成材料的晶格匹配程度可分為：晶格匹配量子阱與超晶格 和 應(yīng)變量子阱與超晶格。 ? 按組成材料的成分來分：固定組分量子阱與超晶格、組分比漸變超晶格與量子阱 和 調(diào)制摻雜的量子阱與超晶格。 ? 一維、二維、三維量子阱與超晶格。 （ 4）半導(dǎo)體超晶格、量子阱的一般應(yīng)用 ? 超高速、超高頻微電子器件和單片集成電路； ? 高電子遷移率晶格管（ HEMT），異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（ HBT）