波段外激光辐照光导型InSb探测器的一种新现象

利用不同功率密度的10.6 μm(光子能量为0.12 eV)连续激光辐照了禁带宽度为0.228 eV的光导型锑化铟探测器, 得到了与以往报道不同的实验现象. 当10.6 μm波段外激光辐照光导型探测器时, 探测器吸收激光能量后温度升高. 在探测器的温升过程中, 存在一个转变温度T₀. 当探测器的温度T<T₀时, 载流子浓度基本不变, 迁移率随温度的升高呈T^-2.35趋势下降, 引起探测器的电导率减小, 电阻增大, 响应输出电压升高; 当T>T₀时, 热激发载流子浓度随温度的升高呈指数增长, 电阻急剧下降, 超过了载流子迁移率降低对电阻的影响, 响应输出急剧下降. 光电导探测器在较高功率密度波段外激光辐照下的响应特性是载流子的浓度和迁移率在温度影响下相互作用的结果. 这对进一步完善半导体内载流子输运模型提供了实验依据.     

调制激光致硅晶圆载流子辐射扫描成像试验研究

建立了调制激光诱发硅晶圆少数载流子密度波一维模型, 仿真分析了少数载流子输运参数对调制激光诱发载流子辐射信号频域响应的影响. 利用调制激光诱发载流子辐射扫描成像系统对含有表面划痕的硅晶圆进行了扫描成像试验研究. 通过少数载流子密度波模型与多参数拟合方法反求得到了扫描区域的输运参数二维分布图. 该方法得到的少数载流子寿命与利用传统光电导方法测量的少数载流子寿命结果相符; 分析了划痕对载流子输运参数造成的影响, 与光电导方法比较, 该方法可以测量不同位置的全部载流子输运参数且分辨率高.     

光伏型光电探测器的激光软损伤机制

 对激光辐照功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值（中等功率的激光）时光伏型光电探测器的软损伤进行了理论研究,提出了一种新机制。当激光辐照功率密度超过探测器的饱和阈值以后,载流子的带间跃迁达到深度饱和,在半导体内产生热载流子且热载流子的温度高于晶格的温度,从而导致了光伏型光电探测器的电压输出信号随着辐照光功率密度的增加而下降直到零压输出的现象。对激光辐照下光伏型HgCdTe探测器的输出信号进行了模拟计算,结果表明,辐照光功率密度处于一定范围内探测器的输出信号随着辐照光功率密度的增加而逐步下降,甚至接近于零,与实验结果相符合。     

光导型HgCdTe光电探测器对双波段组合激光辐照动态响应的数值模拟

采用数值方法,考虑波段内激光的本征载流子带间跃迁吸收和波段外激光的自由载流子带内跃迁吸收的光吸收机制,以及器件温升对载流子寿命、浓度、迁移率和光吸收系数等材料参数的影响,通过求解粒子数平衡方程和热传导方程的联立方程组,研究了PC型HgCdTe光电探测器在波段内和波段外双光束组合激光辐照下的动态响应过程.计算结果证实了探测器对波段内和波段外激光的电压响应方向相反;结果显示探测器对波段外激光的反向电压响应随波段外激光功率升高迅速增大,线性区间的波段内背景光辐照使波段外光响应迅速增大,随波段内激光使探测器趋于饱和,波段外光响应逐渐减小.     

有限厚大孔径光电导天线产生的太赫兹辐射远场时域特性分析

采用电流起伏模型,分析了有限厚大孔径光电导天线产生太赫兹脉冲的远场时域特性.模型在包含有限载流子寿命、瞬变载流子迁移率等影响因素的基础上,考虑了激发光脉冲在光电导材料中的时间延迟和吸收衰减,使模型更加趋近于反映真实的物理过程.根据模型分析了光通量、有限载流子寿命和瞬变载流子迁移率,以及光电导材料厚度变化对THz远场时域波形的影响, 并对比分析了考虑光电导材料厚度与不考虑厚度时太赫兹脉冲的时域波形.     

二维氟代苯甲胺钙钛矿结构和光电性能的理论研究

二维铅卤钙钛矿太阳能电池以其高稳定性等优良性质展现出重要的应用价值,越来越多的二维铅卤钙钛矿材料被用作太阳能电池的光吸收层,但是关于二维铅卤钙钛矿材料构效关系的理论研究十分匮乏.本文以苯甲胺铅碘、邻氟苯甲胺铅碘和对氟苯甲胺铅碘二维钙钛矿为出发点,通过第一性原理计算比较了它们的晶体结构、形成能、激子结合能、载流子迁移率以及对应器件的光电性能,以考察不同间隔基阳离子对钙钛矿结构、性质以及光电器件性能的影响.结果表明,二维钙钛矿的形成能绝对值越大,光电器件的稳定性越高;钙钛矿的激子结合能越小,光电器件的短路电流密度越大,归纳总结出预测器件短路电流密度的关系式.在间隔基末端使用吸电子基团修饰有望同时提高光电器件的寿命和短路电流密度.本研究对于二维钙钛矿材料有机间隔阳离子的设计和筛选具有指导意义.     

极化效应对AlGaN/GaN异质结p-i-n光探测器的影响

基于等效薄层电荷近似模拟表征极化电荷的作用, 通过自洽求解Poisson-Schrödinger方程以及求解载流子连续性方程, 计算并且讨论了p-AlGaN层掺杂浓度和界面极化电荷对AlGaN/GaN异质结p-i-n紫外探测器能带结构和电场分布以及光电响应的影响. 结果表明, 极化效应与p-AlGaN层掺杂浓度相互作用对探测器性能有较大影响. 其中, 在完全极化条件下, p-AlGaN层掺杂浓度越大, p-AlGaN层的耗尽区越窄, i-GaN层越容易被耗尽, 器件光电流越小. 在一定掺杂浓度条件下, 极化效应越强, p-AlGaN层的耗尽区越宽, 器件的光电流越大. 最后还分析了该结构在不同温度下的探测性能, 证明了该结构可以在高温下正常工作.     

基于变温霍尔效应方法的一类n-GaN位错密度的测量

结合莫特相变及类氢模型,采用浅施主能量弛豫方法,计算了一类常见n-Ga N光电子材料的载流子迁移率,给出了精确测定其刃、螺位错密度的电学方法.研究表明,对于莫特相变材料(载流子浓度超过1018cm~(-3)),以位错密度Ndis、刃螺位错密度比β、刃位错周围浅施主电离能εD1、螺位错周围浅施主电离能εD2为拟合参数的载流子迁移率模型与实验曲线高度符合,拟合所得刃、螺位错密度与X射线衍射法或化学腐蚀方法的测试结果也基本一致.实验结果表明,莫特相变材料虽然载流子浓度高、霍尔迁移率低,但其位错密度却并不一定高过载流子浓度低、霍尔迁移率高的材料,应变也无明显差异,因此,莫特相变与刃、螺位错密度及两类位置最浅的施主均无关系,可能是位置较深的施主或其他缺陷所致,需要比一般杂质带高得多的载流子浓度.该方法适合霍尔迁移率在0 K附近不为零,霍尔迁移率曲线峰位300 K左右及以上的各种生长工艺、各种厚度、各种质量层次的薄膜材料,能够对迁移率曲线高度拟合,迅速给出莫特相变材料的相关精确参数.     

新型高功率微波探测器

 通过对半导体材料中载流子迁移率的特性分析，在原HPM探测器的基础上，提出了探测器中半导体传感器的新设计，使探测器的检测灵敏度提高一个量级；同时研制成功S波段HPM探测器。在传感器的加工方面采用了新的工艺，并对电源进行了改进，使之功能完善、使用简单、具有实用性。其电源偏压在40V时，X波段的探测器在60kW时输出检测脉冲信号幅度高达9V，S波段的探测器在600kW时输出检测脉冲信号幅度高达10V，可适用于10～500ns脉宽的HPM功率测量。     

有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料稳定性及其在光电探测器方面的研究进展(特邀)

有机-无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbX3)因其具有载流子迁移率高、直接带隙结构、光电转换效率高等优异的光电性能,在太阳能电池、光电探测器、发光二极管及激光器等光电子领域具有重要应用前景.然而,有机-无机杂化钙钛矿材料的稳定性问题是现阶段限制其进一步应用的瓶颈.本文首先系统论述子外界环境因素(水氧、温度、光照等)对...     

光伏型碲镉汞红外探测单元响应特性分析

对激光辐照PV型的Hg1-xCdxTe单元探测器的响应特性进行了研究,建立了材料内部光生电动势变化的数学分析模型。计算了不同光源辐照3类组分不同的Hg1-xCdxTe探测单元的输出特性,并对温度波动影响进行了分析。结果表明:在光敏面积恒定时,x值越大探测器的完全饱和电压越大,即探测器的响应度Hg0.627Cd0.373TeHg0.698Cd0.302TeHg0.819Cd0.181Te;x值越小,探测器受温度波动的影响越小。     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

光伏半导体器件对能量小于禁带宽度光子的响应机理研究

利用光子能量为0.12 eV的10.6 μm连续激光分别辐照了禁带宽度为0.91和0.33 eV的光伏碲镉汞探测器. 实验表明,激光辐照下禁带宽度为0.91 eV的探测器输出正电压,而禁带宽度为0.33 eV的探测器对激光的响应方向却与之相反. 为了研究此现象,利用功率密度一定的10.6 μm激光辐照不同开路电压状态下禁带宽度为0.91 eV的探测器,实验结果证实初始开路电压是产生输出电压反向现象的原因. 对这一机理进一步分析发现,光伏探测器在光子能量小于禁带宽度的激光辐照下,其开路电压是热激发载流子导致的热生电动势和自由载流子吸收导致的晶格热效应共同决定的. 关键词： 能量小于禁带宽度的光子 光伏碲镉汞探测器 热生电动势 晶格热效应     

Gettering of metallic impurities in photovoltaic silicon

 This work addresses the issue of structural defect-metallic impurity interactions in photovoltaic silicon and their effect on minority carrier diffusion length values. Aluminium and phosphorus segregation gettering studies were performed on photovoltaic silicon in order to gain insight into these interactions and quantify the effect of gettering on solar cell performance. Integrated circuit grade silicon was also studied for comparative purposes. Additionally, a novel rapid thermal annealing technique, designed to dissolve metallic impurity precipitates, and Deep Level Transient Spectroscopy were utilized to determine the as-grown impurity concentration in both grades of materials. Significant differences in gettering responses between the two grades of silicon are observed. Gettering treatments greatly improve I.C. grade silicon with a specific gettering temperature providing the optimal response. Photovoltaic grade silicon does not respond as well to the gettering treatments and, in some cases, the material degrades at higher gettering temperatures. The degradation is primarily observed in dislocated regions of multicrystalline photovoltaic silicon. Additionally, these dislocated regions were found to possess the highest as-grown metallic impurity concentration of all the materials studied. The dislocation-free photovoltaic silicon has a higher diffusion length relative to dislocated silicon but could not be improved by the gettering methods employed in this study. A model is presented to describe these phenomena where the high concentration of metallic impurities at dislocations produce relatively low minority carrier diffusion lengths as well as the degrading response with higher gettering temperatures while microdefects create an upper limit to the photovoltaic grade material’s diffusion length. Received: 21 June 1996/Accepted: 2 September 1996     

基于双光子光折变效应的非相干耦合灰光伏孤子族

为了研究开路条件下双光子光伏光折变材料中的灰光伏孤子族,建立了光伏孤子族的动态演化方程,给出了非相干耦合灰光伏孤子族的数值解.采用数值模拟的方法,求解孤子族的数值表达式.结果表明:这种孤子族是由多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的.当孤子族只有两个分量时,灰光伏孤子族可以退化成灰-灰光伏孤子对|当孤子的灰度参量取零时,灰光伏孤子族退化成暗光伏孤子族,灰-灰光伏孤子对退化成暗-暗光伏孤子对.文中采用的光伏光折变材料是LiNbO3.     

基于双光子光折变效应的非相干耦合灰光伏孤子族

为了研究开路条件下双光子光伏光折变材料中的灰光伏孤子族,建立了光伏孤子族的动态演化方程,给出了非相干耦合灰光伏孤子族的数值解.采用数值模拟的方法,求解孤子族的数值表达式.结果表明:这种孤子族是由多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的.当孤子族只有两个分量时,灰光伏孤子族可以退化成灰-灰光伏孤子对;当孤子的灰度...     

基于模型辨识的BP神经网络在光伏系统MPPT中的应用

光伏电池作为光伏发电系统的重要组成部分,研究其模型的准确性并对其最大功率点进行预测与跟踪,对于光伏发电效率的提高具有重大意义。本文首先根据光伏电池的内部结构和伏安特性建立其数学模型,并对所建立的模型进行参数辨识,进而得到模型输出与测量信息偏差最小的参数值,验证模型的准确和有效性。根据模型所反映的规律,将温度和光照强度作为输入变量,最大功率点对应的电压作为输出变量,构建了用于MPPT的神经网络模型。神经网络经训练后对最大功率点电压进行预测与跟踪,结果表明构建的神经网络具有良好的适应性。     

Analytical Simulation of an InAsSb Photovoltaic Detector for Mid-Infrared Applications

A generic model of a mid-infrared photodetector based on a narrow bandgap semiconductor has been developed. The model has been applied for analysis and simulation of an InAs_0.89Sb_0.11 photovoltaic detector for operation at room temperature in 2–5 μm wavelength region. The model takes into account the effect of tunneling and other components of dark current on the detectivity of the device by considering all the three dominant recombination mechanisms e.g., radiative, Shockley-Read-Hall and Auger recombination. The study revealed that the dark current of the photodetector under reverse bias is dominated by trap-assisted tunneling component of current and this causes the detectivity of the device to decrease at high reverse bias. It is further concluded that by operating the device at a suitable low reverse bias it is possible to improve the room-temperature detectivity significantly as compared to its value at zero bias.