长波碲镉汞探测器RV特性分析

关于光电导探测器的调查报告1.工作原理和特性利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。

所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。

光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。

在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。

光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。

为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。

其他材料可采取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。

光电导效应是内光电效应的一种。

当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。

这里h是普朗克常数，v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。

因此，本征光电导体的响应长波限λc为λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c为光速。

本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。

在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料，因而人们利用非本征光电导效应。

Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级，照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能，就能够产生光生自由电子或自由空穴。

非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得λc＝1.24/E i式中Ei代表杂质能级的离化能。

到60年代中后期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe 等三元系半导体材料研制成功,并进入实用阶段。

它们的禁带宽度随组分x值而改变，它与工作在同样波段的Ge：Hg探测器相比有如下优点：①工作温度高（高于77K），使用方便,而Ge:Hg工作温度为38K。

②本征吸收系数大,样品尺寸小。

③易于制造多元器件。

2.常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。

第50卷第4期 V〇1.50 No.4红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年4月Apr. 2021碲镉汞高工作温度红外探测器覃钢\吉凤强\夏丽昆2,陈卫业、李东升”，孔金丞\李艳辉\郭建华\袁绶章1(1.昆明物理研究所，云南昆明650223;2.陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻昆明地区第一军事代表室，云南昆明650223)摘要：基于当前红外探测器技术的发展方向，从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉 汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。

总结了欧美 等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。

从器件暗电流和噪声 机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影 响；总结了包括基于工艺优化的H g空位p型n-on-p结构碲锅汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和 A u掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲锅汞高工作温度器件、基于nBn势全阻挡结构的碎锅汞高工作温 度器件及基于吸收层热激发栽流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路 线碲镉汞高工作温度器件的基本原理，对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测 器制备的技术难点。

在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞 高工作温度器件技术未来的发展方向，认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展 潜力。

关键词：碲镉汞；俄歇抑制；SRH抑制；暗电流；高工作温度中图分类号：TN304 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200328HgCdTe high operation temperature infrared detectorsQin Gang1, Ji Fengqiang1, Xia Likun2, Chen W eiye1, Li Dongsheng1*, Kong Jincheng1,Li Yanhui1, Guo Jianhua1，Yuan Shouzhang1(1. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;2. No.l Military Representative Office in Kunming of Military Representative Bureau ofArmy Equipment Department in Chongqing, Kunming 650223, China)Abstract: Based on the current development direction o f infrared detector technology. The advantages o f HgCdTe high operation temperature (HOT) infrared detector were analyzed in terms o f module weight, shape size, power consumption, environmental adaptability and reliability from the perspective o f application requirements o f HOT infrared detector. The technical route and research status o f HgCdTe HOT infrared detector in Europe and America were summarized. From the perspective o f device dark current and noise mechanism, the change o f dark current and noise at different operating temperatures and their effects on device performance were analyzed. The basic principles o f the process optimization HgCdTe devices based on Hg vacancy n-on-p structure, extrinsic doped HgCdTe HOT devices based on in-doped p-on-n structure and Au doped n-on-p structure, nBn based HOT devices based on barrier structure and non-equilibrium mode HgCdTe HOT devices based on thermally excited carrier auger suppression in absorption layer were summarized. The performance o f HgCdTe HOT devices with different technology routes and the technical difficulties in the preparation o f detectors were compared and analyzed. Based on the comprehensive analysis o f the performance and technical difficulties o f收稿日期:2020-09-丨7;修订日期:202卜01 -0220200328-1第4期红外与激光工程第50卷HOT devices with different technology routes,th e fu tu re developm ent direction of HgCdTe HOT device technology was prospected.It is considered th at th e fully depleted device based o n low concentration doping absorption layer has better developm ent potential.Key words: HgCdTe;auger suppression;SRH suppression;dark currents;HOT〇引言目前，新一代红外探测器的核心聚焦于更小尺寸 (Size)、更小重量（Weight)、更低功耗（Power consum­ption)、更高性能 （Performance) 和更低成本 （Price), 即“SWaP3”。

碲镉汞长波探测器暗电流优化模拟李龙;孙浩;朱西安【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)001【摘要】报道了利用Silvaco软件对Hg1-xCdxTe （x＝0.22）n-on-p型长波探测器的模拟仿真结果。

采用二维简化pn结模型，以品质因子R0 A为标准，模拟计算了载流子寿命、缺陷密度、表面态、p区受主浓度、p区厚度、n区厚度宽度对暗电流的影响，得出在良好的品质因子范围内各个参量可以接受的范围。

并针对重要参量利用软件对其复合速率，电流分布，载流子浓度等进行了详细模拟分析，为探测器设计制备提供了参考。

%The performance of Hg1 -x CdxTe (x=0.22 )n-on-p type LWIR photodiode is simulated by Silva-co.Referring to quality factor R0 A,the influence of carrier lifetime,defect density,surface states,P-type region doping concentration,thickness of P-typeregion,thickness and width of N-type region on dark current is simulated by using two-dimension pn junction model.Based on good quality factors,the acceptable range of all parameters is ob-tained.Software is used to simulate and analyze the key parameters’recombinationrate,current distribution,carrier concentration,etc.,which provides a reference for detector design and fabrication.【总页数】5页(P41-45)【作者】李龙;孙浩;朱西安【作者单位】华北光电技术研究所，北京100015;华北光电技术研究所，北京100015;华北光电技术研究所，北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN215【相关文献】1.碲镉汞长波探测器暗电流仿真分析 [J], 李龙;孙浩;朱西安2.光伏型碲镉汞长波探测器暗电流特性的参数提取研究 [J], 全知觉;李志锋;胡伟达;叶振华;陆卫3.不同结构的碲镉汞长波光伏探测器的暗电流研究 [J], 叶振华;胡晓宁;张海燕;廖清君;李言谨;何力4.12.5μm碲镉汞长波红外探测器暗电流研究 [J], 祁娇娇; 马涛; 宁提; 王成刚; 于小兵5.一种碲镉汞长波红外探测器暗电流测试方法 [J], 王亮; 徐长彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

科技项目（课题）模拟申报书班级：学号：课题负责人：项目名称：碲镉汞红外探测器的研究指导老师：申报时间：电子专业科技方法训练一、国内外与本项目有关的科学技术现状和发展趋势（包括计算机检索情况）：碲镉汞(MCT)红外探测器是最重要的红外探测器之一。

目前，国内MCT 红外探测器水平与国际先进水平还存在一定差距，难以满足我国红外技术发展的需要。

然而，由于红外领域的敏感性，国外对我国实行技术上的封锁，因此发展红外光电子材料和器件只能走独立自主的道路。

MCT器件的制作非常复杂，周期长且价格昂贵，这使得器件模拟技术成为器件发展的一个重要工具。

通过器件模拟技术，人们能知道是什么物理因素制约了探测器性能，从而改善器件性能。

它不仅减少了开发的费用，而且为提高产品的质量、可靠性和性能，为器件的优化提供了一种切实可行、省时省力的方法。

器件模拟技术已经成为MCT器件设计和制作中的一个重要过程。

随着红外技术的不断发展,先进的红外系统要求探测器具有更高的探测识别能力、具备双/多色同时探测能力、更加智能化,因此三代红外焦平面探测器的主要标志是:双/多色探测、超大规模凝视面阵、低成本制备等。

其中,双/多色是三代器件的主要发展方向。

碲镉汞(HgCdTe,MCT)材料由于具有量子效率高、可高温工作、响应波长随组份变化连续可调、不同组分晶格常数变化不大等显著优点,成为三代红外焦平面探测器件发展的重点之一。

双色红外探测器是三代红外探测器发展方向之一,能对双波段辐射信息进行处理,大大提高了系统抗干扰和目标识别能力,应用于导弹预警、红外侦察、成像制导等多种领域。

国际上欧美等国家起步较早,焦平面结构以及数字化,而只有叠层式工艺才能实现这一目标,即单个像元能探测两个不同波段,当与先进的多色信息处理算法相结合时,双色红外探测器与单色探测器相比可以进一步提高探测灵敏度。

二、研究内容、方法和技术路线（包括工艺流程）：为加快MCT器件的发展，缩短与国际先进水平的差距，建立与我国自身工艺条件下的材料器件水平相适应的器件模拟平台是十分必要的。

医疗CT中碲锌镉CZT探测器的工作原理首先，CZT是一种半导体材料，它具有高原子序数的碲（Te）、锌（Zn）和镉（Cd）。

CZT材料具有较高的密度、高原子序数和较高的光电子转换效率，这使得它成为医疗CT应用中的理想探测器材料。

在医疗CT中，CZT探测器通常用于探测X射线。

当X射线通过CZT 探测器时，它们在CZT材料中会产生能量沉积。

这种能量沉积导致电子从能带中跃迁到传导带中，形成电子和空穴对。

电子和空穴对的数量与入射射线的能量成正比。

接下来，电子和空穴会在CZT中进行扩散运动。

在CZT探测器的两侧放置了电极，形成正负极性。

通过对电极施加高压电位，可以形成电场，加快电子和空穴向电极移动的速度。

当电子和空穴到达电极时，它们回到基态，产生电信号。

这些电信号可以被放大和处理，以获得粒子的能量和其他特征。

通过测量X射线入射位置和能量，可以重建出物体对射线的吸收情况，从而生成CT图像。

CZT探测器与传统的闪烁探测器相比具有明显的优势。

首先，CZT探测器具有较高的能量解析度和较高的能量转换效率，这意味着它可以更准确地测量X射线的能量，从而提供更准确的CT图像。

其次，CZT探测器具有较高的计数速率能力，可以处理更高强度的辐射束。

此外，CZT探测器还具有较低的噪声和较短的响应时间。

总之，CZT探测器在医疗CT中的工作原理是基于CZT材料在辐射下的能量沉积和电信号产生的特性。

通过测量入射射线的能量和位置，可以生成高质量的CT图像。

第５０卷　第１２期 激光与红外Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１２　２０２０年１２月 ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤＤｅｃｅｍｂｅｒ，２０２０ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２０）１２ １４７２ ０８·红外材料与器件·中长波双色碲镉汞红外探测器器件模拟与分析吴亮亮，高　达，刘　铭，王　丛，王经纬，周立庆（华北光电技术研究所，北京１０００１５）摘　要：利用Ｃｒｏｓｓｌｉｇｈｔ公司的ＡＰＳＹＳ软件模拟准平面结构中长波双色碲镉汞红外探测器的不同结构的光谱串音。

研究表明中波层厚度增加将抑制中波对长波的光谱串音，同时将小幅增大长波对中波的光谱串音；阻挡层组分越大，阻挡层与中波层的导带带阶越大，光生载流子跃迁过带阶势垒的几率减少，使得光谱串音减小；阻挡层厚度越大量子隧穿效应减弱，导致光谱串音减小。

通过优化器件结构可使中波对长波的光谱串音以及长波对中波的光谱串音都控制在２５％以下。

关键词：碲镉汞；中长波；双色；光谱串音中图分类号：ＴＮ２１４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２０．１２．００８Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｅｄｉｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｗｏ ｃｏｌｏｒＨｇＣｄＴｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒＷＵＬｉａｎｇ ｌｉａｎｇ，ＧＡＯＤａ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｏｎｇ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ ｗｅｉ，ＺＨＯＵＬｉ ｑｉｎｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｕｓｅｔｈｅＡＰＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＣｒｏｓｓｌｉｇｈｔＣｏｍｐａｎｙｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋｏｆｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｍｅｄｉｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ（ＭＷ／ＬＷ）ｔｗｏ ｃｏｌｏｒＨｇＣｄＴｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｉｎａｑｕａｓｉ ｐｌａｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｌａｙｅｒｗｉｌｌｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋｏｆｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｔｏｌｏｎｇｗａｖｅ，ｗｈｉｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋｏｆｌｏｎｇｗａｖｅｔｏｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｂｙａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔ Ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｂａｎｄｏｆｆｓｅｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｌａｙｅｒ，ｔｈｅｌｅｓｓｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｔｈａｔｐｈｏｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｒｒｉｅｒｓｗｉｌｌｊｕｍｐｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂａｎｄｏｆｆｓｅｔｂａｒｒｉｅｒ，ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋ Ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒ，ｔｈｅｌｏｗｅｒｔｈｅｑｕａｎｔｕｍｔｕｎ ｎｅｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋ Ｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋｏｆｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｔｏｌｏｎｇｗａｖｅａｎｄｌｏｎｇｗａｖｅｔｏｍｅｄｉｕｍｗａｖｅｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｅｌｏｗ２．５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨｇＣｄＴｅ；ＭＷ／ＬＷ；ｔｗｏ ｃｏｌｏｒ；ｓｐｅｃｔｒａｌｃｒｏｓｓｔａｌｋ作者简介：吴亮亮（１９８６－），男，博士，工程师，研究方向是碲锌镉基碲镉汞分子束外延。

碲镉汞光导探测器在中红外激光测量中的热问题张检民;冯国斌;杨鹏翎;张磊;赵军【摘要】为了准确测量中红外高能激光系统的远场功率密度时空分布等参数,分析了室温光导型碲镉汞(HgCdTe)探测器在环境温度变化和光热效应情况下存在的探测器光敏元温升等热问题,并分别给出了应对措施.从HgCdTe的电学参数经验公式和光导型探测器工作原理出发,分析了暗电阻和响应率与光敏元工作温度的相关性.建立了计入接触热阻和自然对流效应的光导型HgCdTe探测器热分析模型,并对模型进行了实验验证.分析了光敏元与环境温度间的热平衡时间特性,提出了连续激光测量中的环境温度校正模型.讨论了激光辐照下探测器的动态响应特性,给出了激光加热探测器光敏元导致的附加光热信号的修正方法,该方法在典型应用条件下可将测量系统的单通道测量不确定度降低2％以上.目前,所述方法均已成功应用于多套远场激光光斑定量测量系统.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)001【总页数】9页(P22-30)【关键词】激光参数测量;激光能量测量;中红外激光;HgCdTe光导探测器;热信号修正【作者】张检民;冯国斌;杨鹏翎;张磊;赵军【作者单位】西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西西安710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西西安710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西西安710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西西安710024;西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,陕西西安710024【正文语种】中文【中图分类】TN216;TN2471 引言在吸收、散射、湍流、热晕及其他非线性过程的作用下，强激光在大气传输中将发生强度衰减，光斑扩散、破碎和漂移等现象，从而大大削弱了投射到目标处的激光能量［1－2］。

这种现象也表明，一定距离处激光光斑参数的测量可描述光束远场的聚焦特性，评价激光器的工作性能，研究大气对激光传输的影响。

[doc] 碲锌镉半导体探测器的研究进展碲锌镉半导体探测器的研究进展?372?海军医学杂志2007年12月第28卷第4期JournalofNawMedicine2007Dec.Vo1.28,No.4手术治疗帕金森病中的比较[J].中华神经外科杂志,2004,20[23] (4):280—282.[19]李勇杰,庄平,石长青,等.帕金森病患者丘脑底核的微电极定位技术[J].中华神经外科杂志,2005,21(1):25—28.[24][20]OndoWG,BronteS.TheNorthAmericansurveyofplacement andadjustmentstrategiesfordeepbrainstimulation[J].Stereotat FunctiNetm~urg.2005,83(10):142—147.[21]OhyeC.shibazakiT,nlratoM,eta1.Gammathalamotomyfor[25] parkinsmianandotherkindsnftre~aor[J].StereotactFunct Neurosurg,199l6,66(1):333—342.[22]Lopez—LozanoJJ,BravoG,Abe~scaIJ,eta1.Cli血aloutcome ofcotransplantationofperipheralnerveandadrenalmedullain patientswithParkirLson’sdisease[J].JNetm~urg,1999,90(5): 875—882.Segov-岫J.GenetherapyforParkirLson’Sdimase:currentstatus andfuturepotential[J].AmJPharmaengenomics,2002,2(2): 135—146.,ShingoT,DateI,YoshidaH,eta1.Neuroprotectiveandrestorativeeffectsofintra.strlatalgraftingofeneagsulatedGDNFproducingcellsinaratmodelofParkirLson’sdisease[J].JNeu.954. rosciR,2002,69(6):946—VilaM,JacksonLV,VukosavicS,eta1.Baxablationpreventsdopamlnergicneurodegenerationinthe1——methyl——4——phenyl一1,2,3,6一tetrahydmpyridinelnousemodelofparkinson’Sdisease[J].ProcNatlAcadScius八2001,98(5):2837—2842.(收稿日期:2007—06—14)(本文编辑:张阵阵)碲锌镉半导体探测器的研究进展陆敏,张建国,沈先荣(海军医学研究所防护医学研究室,上海200433)[关键词】室温核辐射探测器;应用;性能;半导体[中图分类号】R81[文献标识码】A[文章编号】1009—0754(2007)04—0372—03碲锌镉(cdznTe)探测器是目前常温7射线探测器中最主要的探测器之一,与其他常用的7射线探测器相比,它可在常温下使用,无需}Ge等半导体探测器要求低温(液氮制冷),比常用的Nal(T1)探测器具有更好的能量分辨.CAZnTe探测器的较多优点.使得它得到了越来越广泛的应用.核安全,环境监测,天体物理和医学成像等领域均有应用.目前.CdZnTe探测器的研究是处于一个迅速发展阶段的很有意义的新课题.本文就CdZnTe晶体,探测器工作原理,种类,国内外发展现状,发展趋势及应用给以简要综述. 1CA~Te晶体的性质CdZnTe晶体是近年发展起来的一种性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料,闪锌矿结构,空间群为F43m. CdZnTe晶体是由于CdTe晶体的电阻率较低,所制成的探测器漏电流较大,能量分辨率较低,在CdTe中掺入zI1后,其禁带宽度增加,发展成为一种新材料.CdZnTe(20%ZnTe,80%CdTe)晶体电阻率高(约l0lQ?cm),原子序数大(48, 52).禁带宽度较大,且随Zn含量的不同,禁带宽度从1.4eV (近红外)至2.26eV(绿光)连续变化,所制成的探测器漏电流小,本征探测效率高,对湿度不敏感,体积小,在室温下对X射线,7射线能量分辨率好,能量探测范围在10keV,6 MeV,无极化现象,非常适合探测器能量10,500keV的光子.同时又可在室温下很好地工作.目前的生产工艺可制备体积为l,2a的CdZnTe单晶体,探测能量达到1MeV以上,用它们制成的探测器在X射线,7射线能谱测量方面具有广泛应用前景,可应用于制作天文,医学,工业,军事等领域的各种探测器和谱仪【l1.CAZnTe晶体通常采用高压布瑞吉曼生长技术制备.CdTe晶体通常采用移动加热方法制备.由于生产工艺不同.CdTe晶体相对CdZnTe晶体更适合于大量生产.具有较好的一致性和可重复性,价格也相对便宜;而CdZnTe晶体中zn离子的掺入加宽了禁带宽度,提高了电阻率.减小了室温下暗电流,因此具有比CdTe晶体更好的电子输运性能. CdZnTe晶体和CdTe晶体性能接近,一般可从具体任务所要求的晶体数量,单晶大小,成本和一致性等方面综合考虑进行选择.表1是CAZnTe和CdTe晶体的基本性能【2】. 表1CATmTe晶体和cdIle晶体的基本性能42CdZnTe探测器的工作原理CdZnTe晶体可以在室温状态下直接将x射线和射线转光子变为电子.与硅和锗检波器相比,CdZnTe晶体是唯一能在室温状态工作并且能处理2百万光子/(s?舢n2)的半导体.另外,CdZnTe晶体分光率胜过所有能买到的分光镜.集优良的光谱性能和很高的计数率于一身,使它成为医疗,工业,安全防卫和实验室研发应用中的理想的探测解决方案.CdZnTe探头的表面是很薄的金属电极,这些电极在偏压作用下,在探测器内部产生电场.当有电离能力的射线和CdZnTe晶体作用时,晶体内部产生电子和空穴对,并且数量和入射光子的能量成正比.带负电的电子和带正电的空穴朝不同的电极运动,最终被收集起来.形成的电荷脉冲经过前放变成电压脉冲,其高度和入射光子的能量成正比.从前方出来的信号通过成形放大器转换为高斯脉冲,被再次放大.这些信号可以通过标准的计数器来识别或者用多道分析器形成入射光子的能谱.3CdZnTe探测器的类型目前国际上比较常见的CdZnTe器件类型有:金属半导体金属(MSM)探测器,共面栅探测器和像素阵列探测器. (1)MSM探测器:是最简单的平板CdZnTe探测器.目前一般采用Au,In和Pt等金属作为探测器的金属层,现在已获得稳定性很好的探测器,结合脉冲整形电路可用作光谱仪. 由于未能很好地解决低能能量尾迹,目前还无法用于射线光谱探测.(2)共面栅探测器:为了解决空穴收集特性相对较差带来的能量分辨率和电荷收集率差的问题,研究人员通常采用电学方法和设计各种探测器结构来提高能量分辨率和电荷收集率.电学方法通常包括脉冲整形辨别和电荷补偿.通过改变探测器电极形状来提高能量分辨率的各种方法有一个共同的特点,即收集到的电荷主要依赖于阳极附近的电子运动,从而使收集到的感应电荷与空穴运动以及电子空穴对产生的深度无关,这些器件被称为单极型器件.由LukePN于1994年秋提出的共同栅技术获得了良好的能量分辨率以及接近全体积的光峰效率,具有良好的发展前景.(3)像素阵列探测器:CdZnTe像素阵列探测器常用于成像系统,其基本结构是阳极由一系列尺寸极小的方形金属电极所构成,每个像素电极上收集的信号都包含了与位置有关的信息,将所有像素的信号整合便可得到探测对象的图像.4国内外研究现状CdZnTe射线探测器现已被广泛应用于工业测量与控制,医学成像与诊断,核材料非破坏分析等领域.随着核技术的不断发展,研制常温条件下高分辨率和高效率的探测器具有重要意义.美国研制的CdZnTe探测器已初步开始投入使用,但由于很难获得大块完整高阻的单晶体【引,因此使其大多数CdZnTe探测器在一30?左右工作,还未达到室温水平.四川大学用改进的布里奇曼法,生长出了zn含量在10%, 20%范围的大块高阻CdZnTe单晶体,并研制成室温CdZnTe 核辐射探测器,在室温下获得了241Am59.5key的能量吸收谱,目前还在继续研究之中.美国布鲁克海文国家实验室?373?(BNL)最近在CdZnTe晶体探测技术方面取得了突破性进展,有可能大大改进远距离探测核辐射物质的技术.该实验室的科学家最近使用国家同步加速光源测试发现,以往未被注意到的CdZnTe晶体内的”死区”,造成晶体结构内大量碲沉积,大大降低射线分辨率.以CdZnTe为基质的探测器目前已推向市场,但仅限于小型便携式探测装置.BNL的科学家发现,通过发现和去除”死区”能够提高分辨率,从而制作出更大型,更精确的CdZnTe基质核辐射物质探测器. CdZnTe材料的研究最早开始于1991年,并且由于其高分辨率潜质以及可以在室温下操作(工业标准锗晶体需要冷却到极低温操作)的显着特性,曾引起过业界的轰动.自那以后,CdZnTe基质探测器几乎没有什么突出的进展,只能做成小型.效率大大降低.2000年,生长工艺的一项新进展使得更大型CdZnTe晶体的生产成为可能,但是由于其晶体内的杂质存在,其分辨率仍然不好.现在,BNL的发现能进一步改善CdZnTe晶体,使得有可能制作更大型CdZnTe探测器.虽然CdZnTe探测器的分辨率尚不能与锗探测器相比,但却大大高于碘化钠探测器.BNL下一步计划修改CdZnTe晶体生长工艺,以降低最终产品中的碲沉积.根据最近对高低两种碲沉积CdZnTe晶体样品的测量,BNL坚信一定能生产出高性能的探测器,并称”这个发现是一重大突破”.5CdZnTe探测器的发展及应用趋势目前,CdZnTe探测器两个重要发展方向是:多块大体积并行探测器和面元阵列探测器.前者由多块体积大于1cnl3 的CdZnTe晶体阵列组成,例如2x2阵列,每块晶体采用独立电极(例如共面栅格电极)和前放电路,输出信号经成形放大器通过多路混合器进入多道分析器分析.这类探测器解决了单个探测器体积小,总探测效率低的缺点,大大缩短了测量时间,尤其适于便携式谱仪系统,可应用于环境,港口, 铁路货物等的放射性监测.后者是由CdZnTe晶体面元阵列组成.主要应用于核医学,天体物理等领域的能谱成像.微电子光蚀刻技术实现了CdZnTe晶体的分段电极设计,在晶体上可以生成面元阵列,这些面元的电极再通过铟低阻焊接连接到读出芯片,晶体体积和面元像素的大小根据对空间和能量分辨率以及测量能谱范围等具体探测要求而定.例如, 核医学成像中更关心空间分辨率,每个面元像素的尺寸约55 tan,而天体物理中要求较高的空间和能量分辨率时则要综合考虑.例如,硬X射线天文望远镜InFOC4~采用了4个体积是26.9mmX26,9mmX2nlnl的CdZnTe探测器,每个探测器晶体被分割成64X64个330m2的面元像素,探测器空间成像分辨率达到1’,能量分辨率达到2,3key(对于22.1kev),采用这种小像素面元电极的大体积cdznTe晶体阵列探测器,得到了非常好的能量分辨率.值得注意的是,这类探测器中存在”近场效应”【4】,感应电荷信号不仅跟载流子的输运距离有关,同时也受载流子与电极距离的影响.当像素面元尺寸大小适合时,整个晶体的暗电流和电容被分配在多个电极上从而大幅度降低噪声,天文调焦望远镜cEA/Saday就是基于这种”近场效应”制造的.另外,采用较厚的CdZnTe晶体阵列(至少6mm)和小尺寸像素面元电极?374?海军医学杂志2007年12月第28卷第4期JournalofNawMedicine2007Dec.Vo1.28,No.4设计能同时得到好的能谱特性和高空间分辨率,这也是CdZnTe半导体探测器值得注意的发展方向.在科学研究方面.CdZnTe探测器在高能物理学方面有很大的应用前景,例如它可用于高能粒子的加速系统.化合物半导体探测器具有很大的竞争力.可以预料在粒子物理方面的应用会得到很大发展.此外,CdZnTe探测器在天文物理研究方面也具有广阔的应用前景….CdZnTe探测器的发展和使用.使获取高性能光子的高效探测器成为可能,随着高品质CdznTe半导体晶体制备技术的不断提高.对载流子收集过程进一步深入理解和低噪声微电子学的迅速发展.CdZnTe探测器必将在更广泛的领域获得到应用.【参考文献】[1]朱世富,赵北君,王瑞林.等.室温半导体核辐射探测器新材料及共器件研究[J].人工晶体,2004,33(1):6—12.[2]ChertH,Hay{;eM,MaX,eta1.Physicalpropertiesandevalua—tionofpectrometergradeCdSesinglecrystal[J].spie,1998,28. 3446(6):17—[3]AsahiT,OdaO,TaniguehiY,eta1.Growthandcharacterization of100nmdiameterCdZnTesinglecrystalbyverticalgradient freezingmethod[J].JCrystalGrouth,1996,161(2):20—27.[4]F~skinJDSignalsinducedinsemiconductor一rayimagingdetec—tors[J].ApplPhys,1999,85(2):647.[5]NemirovskyYEffectofthegeometricalparametersONtheeketrie fiddofpixila—tedtwo—dimensionalarmysof一rayspectrome—ters[J].ApplPhys,2000,88(9):5388.[6]SquiUanteMR.Room—temperature,semiconductordeviceandar—rayconfiguration[J].NuclInstrunMetho&s,2001,A458:288 (15).(收稿日期:2007—04—24)(本文编辑:林永丽)生物传感器及其在微生物检测中的应用评价武文斌(海军医学研究所,上海200433)【关键词】生物传感器;微生物;检测;生物识别【中图分类号】R37【文献标识码】A【文章编号】1009—0754(2007)04—0374—03基于生物信息学和微电子处理技术的生物传感器(biosensor)研究在微生物诊断,污染监测,生物恐怖危机处理等多个领域引起广泛关注.生物传感器是利用生物学原理来检测或计量化合物的装置,它通常以生物活性单元(如酶, 抗原,抗体,核酸,细咆,组织等)作为敏感基元,与被分析物产生高度选择性生物亲和或生物催化反应,产生的各种物理,化学变化被转换元件捕获,进而实现将生物学信息转换为可识别和测量的电信号….生物敏感膜作为传感器的感受基元是该系统的核心.自1962年Clark提出”在化学电极敏感膜中加入酶以实现对目标物进行选择性分析”后,生物传感器经过四十余年的发展,已经从最初的设想变成原理多样,种类繁多的市售产品.生物传感器技术结合了生物识别的选择特异性和微电子信息技术敏感性的优点,是微生物及其毒素检测领域充满希望的技术手段[2】.微生物检测在工农业生产,医药卫生,环境检测,生物安全等多方面具有十分重要的意义.传统的微生物检测方法较多,也较为成熟.如培养基生化法,荧光显微镜法,免疫法, 核酸探针杂交法,PCR扩增法等,是目前微生物检测的主要技术支持.但普遍存在检测技术复杂.对检测人员要求较高. 检测耗时长的缺点.生物传感器简化了传统的分析方法,是应用分析领域的重要进步,它的主要优点是现场检测,且具有设备小型化,自动化,实时在线,即便是非专业人员亦可以在短时间内完成.生物传感器分类较为复杂.按敏感基元所使用的生物材料分为:酶传感器,免疫传感器,核酸传感器,受体传感器等;按被检测物与分子识别元件相互作用的方式不同可以分为生物亲和型和催化型生物传感器(1;按传感器转换原理分为光学生物传感器,电化学生物传感器和压电生物传感器等.1光学生物传感器光学生物传感器(opticbiosensor)是由物理传感器发展而来的,它是将被检测物与分子识别元件相互作用产生的光信号变量转化为可识别计量的电信号.这种类型的传感器除了具有速度快,灵敏度高的特点外,最主要的优势在于抗外界干扰能力强.11消逝波光纤传感器(evan~,centwavefiberbiosensor EwFB)结合消逝波原理与光纤技术的消逝波光纤传感器被广泛使用,光线在光纤内发生全反射,在纤芯与覆层界面处形成一按指数衰减并渗透至覆层的消逝波.其穿透深度相当于入射光波波长的t/s.位于消逝波穿透深度范围内的。

碲镉汞晶体碲镉汞晶体：未来科技的巅峰之作引言碲镉汞晶体，一种高性能半导体材料，被誉为未来科技的巅峰之作。

它的独特特性和广泛应用前景引发了全球科技界的浓厚兴趣。

本文将从碲镉汞晶体的定义、特性、制备方法以及应用领域等方面进行详细阐述，旨在带领读者深入了解这一令人激动的新材料。

一、碲镉汞晶体的定义与特性碲镉汞晶体是一种复合半导体材料，由碲、镉和汞元素组成。

具有许多令人惊叹的特性，如它的优异光电特性、较低的能隙、高电子迁移率和优异的化学稳定性等。

这些特性使得碲镉汞晶体有着广泛的应用潜力。

二、碲镉汞晶体的制备方法制备高质量的碲镉汞晶体是实现其广泛应用的关键。

目前，主要有以下几种制备方法：1.气相生长法：通过在特定的反应条件下，让碲镉汞蒸气在衬底上沉积形成晶体。

这种方法制备的碲镉汞晶体具有较高的晶体质量和较好的晶格匹配度。

2.液相生长法：将碲镉汞溶液加热，使其达到饱和状态，然后降低温度，晶体逐渐形成。

这种方法制备的碲镉汞晶体具有较大的尺寸和较好的晶体形态。

3.分子束外延法：通过分子束外延技术，在特定的基底上逐层生长碲镉汞晶体。

这种方法制备的碲镉汞晶体具有较好的结晶性和较高的纯度。

三、碲镉汞晶体的应用领域碲镉汞晶体由于其卓越的特性，在各个领域都有着广泛的应用前景。

以下是一些主要的应用领域：1.光电子学：碲镉汞晶体具有宽的能隙，能够在可见光和红外光范围内有效地吸收和发射光线，因此在光电子学领域有着广泛的应用，如红外传感器、光电探测器和激光器等。

2.太阳能电池：碲镉汞晶体的光电特性使其成为太阳能电池的理想材料之一。

通过制备高效的碲镉汞太阳能电池，可以大大提高太阳能电池的转换效率。

3.传感器技术：碲镉汞晶体对于各种环境因素的敏感度较高，可以应用于传感器技术中，用于测量温度、压力、湿度等参数，广泛应用于工业自动化、生物医学和环境监测等领域。

4.光纤通信：碲镉汞晶体的高光学非线性系数和宽的光透过窗口使其成为光纤通信领域的理想材料之一。

碲镉汞（MCT）富汞液相外延技术综述作者：毛旭峰宋林伟吴军张阳来源：《科技风》2019年第07期摘要：富汞LPE是唯一能以生长方式实现As掺杂并直接激活成受主的外延技术，可在富Te水平外延生长的外延薄膜之上生长出高组分厚度为1um-3um的 p型覆盖层（Cap层）形成p-on-n型组分梯度异质结构碲镉汞材料，实现碲镉汞p-on-n型组分梯度异质结构的优化设计生长。

从而优化碲镉汞探测器的性能，提高碲镉汞焦平面探测器的工作温度，降低组件的体积、重量和功耗，提高可靠性，为高性能红外热像仪的应用创造更多的领域。

关键词：碲镉汞（Hg1-x CdxTe，MCT）;富汞;垂直液相外延（VLPE）中图分类号：TN2131 绪论液相外延现今依然是制备碲镉汞外延薄膜的主流技术，围绕碲镉汞液相外延发展起来的工艺技术有很多、从母液上可以分为富碲、富汞;从工艺方式上分为水平推舟法、垂直浸渍法、倾舟法（图1）。

这些液相外延工艺方式都获得一定成功，如：Sofradir采用水平富碲推舟外延作为碲镉汞液相外延的主流技术，美国的DRS公司和德国的AIM公司一直坚持采用垂直富碲液相外延技术，英国的BAE[1]及美国Raythen公司[2]采用富汞垂直外延技術生产双层异质结构的第二代红外焦平面探测器。

水平富碲推舟工艺作为碲镉汞液相外延的主流生产技术.但是实际使用过程中水平推舟工艺存在一定的局限性，外延材料表面存在比较严重的波纹，薄膜表面平整度差;该工艺的产能较低，并难以保证不同批次的外延材料具有完全一致的性能;薄膜表面易产生母液粘连、擦伤等，以及薄膜生长完后与石墨舟粘连严重，取片时薄膜易损坏等。

[3]相比之下，富汞垂直外延工艺在这些方面具有更好的适应性其生长的薄膜不存在水平富碲外延常见的宏观生长波纹，薄膜表面平整度较好。

不存在薄膜表面母液粘连以及薄膜与石墨舟的粘连，薄膜有效利用面积大，且易实现多片大面积生长，产能高。

同批次材料片与片之间组分和厚度差异小等。

碲镉汞红外探测器原理
碲镉汞红外探测器，又称为Ternary Alloy Infrared Detector，
是一种用于红外辐射探测的器件。

它主要由碲镉汞合金组成，具有较高的灵敏度和较长的工作波长范围。

其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 光吸收：红外辐射进入碲镉汞红外探测器后，会被碲镉汞合金吸收。

这是因为碲镉汞合金对红外波长范围内的辐射具有较高的吸收率。

2. 空间电荷产生：被吸收的红外光子会将碲镉汞合金内的电子激发到导带中，形成电子空穴对。

这些电子空穴对会导致碲镉汞红外探测器内部产生空间电荷。

3. 电荷分离：由于碲镉汞合金内部的电场分布，产生的空间电荷会被分离，电子和空穴被导向不同的区域。

4. 电信号输出：分离后的电子和空穴会在探测器的电极上产生电信号。

这些电信号可以被放大和处理，最终转化为可读取的输出信号。

通过以上原理，碲镉汞红外探测器可以将红外辐射转化为电信号，实现红外辐射的探测和测量。

同时，由于碲镉汞合金在红外波长范围内具有较高的吸收率和灵敏度，碲镉汞红外探测器也能够在较长的工作波长范围内实现高效的探测。

这使得碲镉汞红外探测器在军事、安防、医学、工业等领域得到广泛应用。

碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究共3篇碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究1碲镉汞红外探测器（HgCdTe IR Detector）是近年来广泛应用于红外光谱、气体探测等领域的一种高灵敏度及高稳定性的光电器件。

其原理是利用半导体材料中掺入不同浓度的镉元素及汞元素使其形成锗铎锏（HgCdTe）化合物，能带呈现出连续可调节的带隙区域，在红外光谱范围内灵敏度较高。

此外，在能源和环境等方面，HgCdTe也有着广泛的应用前景。

然而，随着红外光谱技术发展的日益成熟，对于碲镉汞红外探测器的光电响应特性研究也更加深入。

光电响应特性是指探测器在外界光照下产生的电信号，特性研究意义在于研究不同光电响应特性下碲镉汞红外探测器的灵敏度及稳定性等性质，并提供理论指导以优化其性能。

机理研究的首要任务即在于对碲镉汞红外探测器内部物理机制进行了深入理解。

首先，当光子击穿碲镉汞红外探测器时，其能量被转化为电荷实体，即电子-空穴对，进而被加速运动至探测器的两侧形成电流信号。

这便是碲镉汞红外探测器产生光电响应的基本机理。

同时，碲镉汞红外探测器的特殊结构对其光电响应特性也产生了直接影响。

其主要结构包括暗电流抑制结构、波导抗反射结构、光电转换结构、读出电路及接口等，其中光电转换结构是探测器光电响应特性的核心。

以HgCdTe作为探测材料的电荷量子化结构，已成为制备高性能探测器结构的基础。

因此，对于碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的研究仍然存在着一些待解决的问题与挑战。

例如，探测材料的纯度与掺杂浓度、波导结构及有效面积等结构因素与光电响应特性之间的对应关系尚未得到明确阐述，对于接收系统的灵敏度、分辨率及响应时间等性能的优化仍需要做出更系统、更深入的研究。

总的来说，对于碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的研究极具前景，不仅能够提升其在红外光谱、气体探测等领域的应用价值，同时也能够促进半导体材料及技术的研究与发展，推动相关领域的进一步发展和突破综合来看，对碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的深入研究对于提高其性能表现，拓展其在不同领域的应用，促进相关材料与技术的进一步发展具有不可忽视的重要性。