HgCdTe环孔pn结光伏探测器暗电流机制

PN结光电探测器是一种常见的光电转换器件，它利用PN结的光电效应来将光信号转换为电信号。

其工作原理如下：
1. PN结形成：PN结由两种半导体材料（P型和N型）的结合而成。

在PN结的界面处形成一个耗尽区域，其中P型区域富含正电荷（空穴），N型区域富含负电荷（电子）。

2. 光照射：当光照射到PN结上时，光子能量可以激发PN结中的电子-空穴对。

光子的能量要大于材料的带隙能量，才能产生有效的光电效应。

3. 光电效应：被激发的光电子和空穴会分别被电场推动，电子向N 区移动，空穴向P区移动。

这样就在PN结中形成了光生载流子。

4. 电流产生：由于PN结存在内建电场，光生载流子会沿着电场方向分离，形成光电流。

光电流的大小与光照强度有关。

5. 电路输出：光电流通过外部电路引出，可以测量和放大，最终转变为与光照强度成正比的电信号。

总结起来，PN结光电探测器的工作原理是通过光照射激发PN结中的光电子和空穴，在内建电场的作用下形成光生载流子，并产生光电流。

通过测量光电流的大小，可以获得与光照强度相关的电信号。

这使得PN结光电探测器在光通信、光传感等领域具有广泛的应用。

暗电流报告太阳电池在无光照条件下相当于一个整流二极管，当给它加一个方向偏压时(p区接负，n区接正)，外加电压与其内建电势差方向相反，使得内建场势垒高度增加，势垒宽度也增加，于是n区中的电子及p区中的空穴都难以向对方扩散，扩散电流趋近于0，但是由于结电场的增加，增强了少子的漂移作用，把n区中的空穴驱向p区，而把p区中的电子拉向n 区，在结中形成了由n指向p的反向电流，由于少数载流子是由本证激发产生的，数目比较少，所以反向电流一般都比较小，在一定温度T下，由于热激发而产生的少数载流子数量是一定的，电流值趋于恒定，这时的反向电流就是反向饱和电流，如下图第三象限，显示了p-n结的反向电流特性。

p-n的整流特性和太阳电池的明暗特性（p-n结的整流特性和太阳电池的暗特性相同，受照明时暗特性曲线下移，成为明特性曲线）当p-n结两端的反向电压加到一定数值时，反向电流或突然增加，这个现象称为p-n结反向击穿，p-n结击穿后电流很大。

产生p-n结击穿的原因是，在强电场作用下，大大地增加了自由电子和空穴的数目，引起反向电流的急剧增加，这种现象的产生分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。

雪崩击穿：当p-n结反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。

当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的"电子一空穴对"。

这些新的"电子一空穴对"，又被强电场加速再去碰撞其它原子，产生更多的"电子一空穴对"。

如此链锁反应，使结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流，这种击穿称为雪崩击穿。

雪崩击穿的物理本质是碰撞电离，它的击穿电压一般在8－1000V。

齐纳击穿（隧道击穿）：齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的p-n结内。

由于掺杂浓度很高，p-n结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达10V/cm左右）。

光伏探测器的原理与应用1. 原理介绍光伏探测器（Photovoltaic Detector）是一种将光能直接转化为电能的器件。

它利用光电效应原理，将吸收的光子能量转化为电荷或电压信号。

光伏探测器是光电探测器的一种重要类型，广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、太阳能电池等领域。

主要的光伏探测器类型包括：光电二极管、光电导、光电晶体管、光电效应晶体管、光电倍增管等。

下面将逐一介绍这些光伏探测器的原理和应用。

1.1 光电二极管光电二极管是一种最简单的光伏探测器，它基于PN结的正常工作原理。

当光线照射到PN结上时，光子能量会激发光伏效应，产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对将会在电场的作用下分离，形成电流。

在应用方面，光电二极管常用于光通信、显示器亮度控制、光照度测量等领域。

由于光电二极管的结构简单，成本低廉，并且灵敏度较高，因此被广泛应用于各种光电设备中。

1.2 光电导光电导（Photocunductor）是利用半导体材料的光电效应原理制成的光伏探测器。

它的结构类似于晶体管，但没有PN结。

光电导的导电性随着入射光的强度而改变，当光照射到光电导的表面时，导电性增加，产生电流。

光电导具有光响应速度快、灵敏度高的优点。

它常用于图像传感、光谱仪、精密测量等领域。

1.3 光电晶体管光电晶体管（Phototransistor）是一种将光信号转化为电信号的光伏探测器。

它由普通晶体管和光敏元件组成。

当光照射到光电晶体管的敏感区域时，光子能量被转化为电子信号，通过晶体管的放大作用，得到较大的电流输出。

光电晶体管具有灵敏度高、应用范围广的特点。

它常用于光照度测量、光谱分析、自动控制等领域。

1.4 光电效应晶体管光电效应晶体管（Photovoltaic Transistor）是将光电二极管和晶体管相结合的光伏探测器。

它不仅能够将光能转化为电能，还可以放大信号。

光电效应晶体管的输出可以直接连接到数字电路或模拟电路中使用。

光电效应晶体管广泛应用于光通信、图像传感、光电测量等领域。

第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月v01．36S u ppl eI n ent I】匝f1．aIed a nd I。

a s er Engi nee血g Jun．2007H gC dTe环孔p-n结光伏探测器暗电流机制李欣，王淑芬，毛京湘，赵晋云(昆明物理研究所，云南昆明650223)摘要：p—n结厶y特性是红外光伏探测器的一个重要指标，它直接决定了探测器的动态电阻和热噪声，决定了探测器的性能。

实验主要对离子刻蚀环孔p．n结H gcdTe长波光伏探测器进行变温厶y 特性测试分析。

通过对测试实验数据拟合，从理论上计算了探测器在不同温度及不同偏压下的暗电流，得到一些相关的材料和器件性能参数。

希望利用分析计算结果了解工艺中存在的问题，对改进工艺及提高器件性能提供理论依据。

关键词：暗电流；碲镉汞；光伏探测器；实验分析；模拟计算中圈分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(器件)一0189。

04D a r k cur r ent char act er i s t i cs of H gC d’I’e phot oV ol t ai cdet ect or s w i t h annul ar aper t uI．e p-n j unct i on。

UⅪn，W A N G Shu-f en，M A O J i ng—xi aIl g，Z H A O Ji n—yun(K unI Tli ng I I l st i t ut e of Pl l ys i cs’K u rl II l i n g650223，C hi咖A bs t ra c t：’I he J—y char ac t er i s t i c of p-n t i e i s a Il i m por t ant l ndi ca t or of phot0V ol t alc det ect or．ndet enl l i nes t he dyn砌c r es i st a nc e，J ohns on noi s e and m e pem咖ance of m e det ec t or di re ct l y．T色m per at Il re V a r i abl e^y char act er i st i c s of H gC dT b l o ng w aV e pho t oV ol t ai c det ect or w l l i ch us ed i on et chi ng annu l ar叩er tⅢ．e p—n j unct ion ar e m ea sur ed aJl d anal yzed．D et ect or7s d砌(cur r ent und er di ff er ent t em per at ur e and V ol t age by m odel i ng c al cul a t i on of exper i m ent al dat a is ca l c ul at e d，a Il d s om e pe响r r nance par am et er a_bout m at eri al o r det e ct or ar e obt ai ned．For m aki ng us e of m e r e sul t of a na l ys i s c aJ cul a t i on t o fi nd probl锄s w K ch exi s t i n t echnol ogy，幽舶re矗cal r e舡al l ce f or i m pr oV i ng妣hIl ol ogy and ra i s i ng pe哟nr l ance of m e de t ec t or ar e pr oV i de d．K e y w or ds：D a r k c urr e nt char a ct edst i c；H gC dT e；Ph ot oV ol t ai c d朗}ct or；Ex耐m ent锄alyses；M odehng c al c ul at i onO引言近年来，由于战略和战术上的强烈需求，H gC dTe 红外探测器得到了快速发展。

光伏探测器的原理与应用光伏探测器是一种利用光电效应将光能转化为电能的器件。

光电效应是指当光照射到物质上时，能够使该物质中的电子获得足够的能量，从而从固体表面逸出的现象。

光伏探测器通常由半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应的特点，因此被广泛应用于光学系统、光通信、太阳能电池等领域。

光伏探测器的工作原理基于光电效应。

当光照射到探测器表面时，光子打击材料中的电子，使得电子跃迁到导带中，从而在导电材料中形成电子空穴对。

这样产生的电子空穴对将导致光伏探测器两端的电压产生偏移，产生电流。

探测器的材料结构和器件结构会决定其特性参数，如响应速度、灵敏度等。

1.光通信和光网络：光伏探测器被用作光通信系统中的光检测器，用于接收和转换光信号为电信号。

它们具有高速响应和低噪声的特性，可以实现高速、远距离的光信号传输。

2.光谱分析：光伏探测器可以用于分析物质的光谱特性。

根据材料对不同波长光的吸收特性，可以测量物质的组成、浓度、结构等信息。

3.激光测距和测速：光伏探测器可以用于通过测量光信号的时间延迟来实现精确的激光测距。

它们也可以用于测量移动物体的速度，通过测量多次接收到的光信号的时间差来计算速度。

4.太阳能电池：光伏探测器的最重要应用之一是太阳能电池。

太阳能电池利用光电效应将太阳能转化为电能。

光伏探测器在太阳能电池中起到接收太阳光并产生电流的作用。

5.红外成像：红外光伏探测器可以用于红外成像系统，用于检测和测量热量辐射，用于热成像、夜视、安防等领域。

总之，光伏探测器的原理是基于光电效应，将光能转化为电能。

它们具有高灵敏度和快速响应的特点，并且在光学系统、光通信、太阳能电池等领域有着广泛的应用。

随着技术的进一步发展，光伏探测器的性能还将不断提高，并且在更多的领域中得到应用。

光伏组件问题系列总结——暗电流,反向电流,漏电流的区别光伏组件问题系列总结——暗电流，反向电流，漏电流的区别1.0绪论电池片内部存在多种电流，如暗电流、反向电流、漏电流等。

各种电流都对组件的功率有或大或小的影响，区分各种电流的特性，能够排查引起组件功率异常的原因，有助于问题的彻底解决。

2.0暗电流暗电流（Dark Current）也称无照电流，是指P-N结在反偏压条件下，没有入射光时产生的反向直流电流。

一般由于载流子的扩散产生或者器件表面和内部的缺陷以及有害的杂质引起。

扩散产生的原理是在PN结内部，N区电子多，P区空穴多，因为浓度差，N区的电子就要向P区扩散，P区的空穴要向N区扩散，尽管PN结内建电场是阻止这种扩散的，但实际上这中扩散一直进行，只是达到了一个动态的平衡，这是扩散电流的形成。

另外当器件的表面和内部有缺陷时，缺陷能级会起到复合中心的作用，它会虏获电子和空穴在缺陷能级上进行复合，电子和空穴被虏获到缺陷能级上时，由于载流子的移动形成了电流，同样有害的杂质在器件中也是起到复合中心的作用，道理和缺陷相同。

暗电流一般在分选硅片时要考虑，如果暗电流过大能说明硅片的质量不合格，如表面态比较多，晶格的缺陷多，有存在有害的杂质，或者掺杂浓度太高，这样的硅片制造出来的电池片往往少子寿命低，直接导致了转换效率低!对单纯的二极管来说，暗电流其实就是反向饱和电流，但是对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。

3.0反向饱和电流反向饱和电流指给PN结加一反偏电压时，外加的电压使得PN结的耗尽层变宽，结电场（即内建电场）变大，电子的电势能增加，P区和N区的多数载流子（P区多子维空穴，N区多子为电子）就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零，但是由于结电场的增加，使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动，因此在这种情况下，PN 结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。

漂移电流的方向与扩散电流的方向相反，表现在外电路上有一个留入N区的反向电流，它是由少数载流子的漂移运动形成的。

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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。