本文關(guān)鍵詞：InSb紅外焦平面探測器陣列數(shù)值模擬和光電調(diào)控機理研究

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【摘要】：本文通過數(shù)值模擬的方法對Pt/CdS紫外與InSb紅外雙色焦平面陣列和衍射型微透鏡InSb紅外焦平面探測器陣列的性能特征展開了初步的研究分析和設(shè)計優(yōu)化,旨在為具有高靈敏度、大面陣和多色探測等特征的第三代InSb紅外焦平面陣列器件的研發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)和實踐經(jīng)驗。研究結(jié)果表明,Pt/CdS紫外與InSb紅外雙色焦平面陣列可以同時處理紫外和紅外波段的信號,從而提高器件的靈敏度和對目標(biāo)物體的識別率,而衍射型微透鏡InSb紅外焦平面陣列通過引入光聚焦結(jié)構(gòu),可以有效提高量子效率和降低串音。具體的研究方法和成果如下:1、本文采用有限時域差分法(FDTD)和有限元法(FEM)聯(lián)合模擬來對器件進(jìn)行二維數(shù)值分析。在FDTD方法模擬電磁場的過程中,先建立各種材料參數(shù)的數(shù)據(jù)庫,如各頻率對應(yīng)的電導(dǎo)率、相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率等,然后對設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,結(jié)合材料參數(shù)和色散模型使用FDTD方法計算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的電磁場分布并轉(zhuǎn)化為光生載流子濃度分布。在FEM方法模擬器件電學(xué)特性的過程中,結(jié)合光生載流子濃度分布結(jié)果,導(dǎo)入材料的遷移率、帶隙、吸收系數(shù)、介電常數(shù)等參數(shù),并依據(jù)經(jīng)典漂移擴散模型、SRH復(fù)合和俄歇復(fù)合等基本物理模型計算器件零偏下的電流。2、通過以上模擬方法,獲得了Pt/CdS紫外與InSb紅外雙色焦平面探測器陣列的光譜響應(yīng),結(jié)果表明該器件的工作波段為300~550nm(紫外)和2.9~5.7μm(紅外),理論上驗證了Pt/CdS紫外與InSb紅外雙色焦平面陣列雙色探測的可行性。利用衍射光學(xué)理論設(shè)計了四相位單波帶、五相位單波帶、八相位單波帶、十六相位單波帶和八相位雙波帶五種衍射型微透鏡InSb紅外焦平面探測器陣列,通過數(shù)值模擬來分析器件量子效率和串音率與衍射型微透鏡結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),相比于傳統(tǒng)的折射型微透鏡,衍射型微透鏡在微結(jié)構(gòu)尺寸與波長相當(dāng)時具有更好的聚焦效果。隨著波帶內(nèi)相位數(shù)的增加,衍射型微透鏡InSb紅外焦平面探測器陣列的量子效率增加而串音率減小,其中十六相位結(jié)構(gòu)在衍射型微透鏡厚度為165μm時具有最高的量子效率52.0%。通過對不同結(jié)構(gòu)的衍射型微透鏡InSb紅外焦平面探測器陣列的量子效率進(jìn)行擬合得到了量子效率與器件結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗公式。這些研究成果可以為第三代In Sb紅外焦平面陣列技術(shù)提供理論支持。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1173353