题名辐射对HgCdTe红外器件暗电流特性的影响研究
作者王志铭
答辩日期2019-05-28
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师郭旗
关键词HgCdTe红外探测器 辐射效应 暗电流 总剂量效应 位移效应
学位名称硕士
学位专业微电子学与固体电子学
英文摘要

HgCdTe红外探测器广泛应用于空间情报、监视、侦察和空间环境感知等领域,这些应用不仅要求红外探测器具备高性能(高量子效率,低暗电流密度,低噪声),还必须具备高的抗辐射性能。航天器所处的天然空间辐射环境中,辐射主要来源于银河宇宙射线,太阳宇宙射线以及围绕地球的地磁俘获带辐射。主要构成的辐射粒子有质子、电子、α粒子和重离子等高能粒子,这些高能粒子会使HgCdTe红外探测器产生电离总剂量效应、位移效应和单粒子效应。辐射效应会导致器件暗电流和噪声增大、工作点发生漂移、出现随机电报信号现象、产生瞬时的信号扰动等问题。这些问题将严重影响HgCdTe红外探测器空间应用的可靠性和精准性。国内外航天实践已证实红外探测器的空间辐射损伤是导致光学卫星在轨性能退化、寿命缩短的主要原因之一。为了安全可靠的将HgCdTe红外探测器应用于空间辐射环境,针对器件在轨应用、抗辐射加固及评估中遇到的各种问题,国内外对HgCdTe红外探测器空间辐射损伤机制开展了诸多的研究。在总结前人的研究成果时发现:在公开的文献报道中,国内外在HgCdTe 红外探测器辐射效应的研究方面缺乏从微观机制分析电离损伤和位移损伤的物理机制,且针对器件的辐照温度以及退火过程研究较少,无法全面理解空间高能粒子辐照导致HgCdTe 红外探测器性能退化的损伤机制。针对国内外研究中存在的问题,本文首先建立了HgCdTe红外探测器的辐射效应测试系统与参数测试方法,通过HgCdTe材料与器件的γ射线、电子、质子辐照试验,获得了材料与器件在不同粒子辐照下的电学参数变化规律,分析了不同温度辐照导致的电离总剂量效应、位移损伤效应。对辐照后的器件采用不同温度的退火试验,分析电离损伤和位移损伤的微观物理机制。通过研究材料和器件单元的辐射损伤与探测器性能参数退化的相关性,分析了辐射诱发缺陷与器件电学参数退化的相关性。对于HgCdTe材料,研究表明室温条件下电离效应不会对HgCdTe材料的参数造成明显的影响,位移效应将导致材料少数载流子寿命减小。位移效应导致材料少数载流子寿命减小的原因与位移损伤引入的施主型缺陷导致HgCdTe材料p区载流子浓度减小有关。对于HgCdTe光伏器件,研究表明室温条件下电离效应不会对器件暗电流造成明显的影响。导致器件暗电流发生明显变化,当位移损伤剂量较小时,器件暗电流随着位移损伤剂量的增加而增加,暗电流的增加与位移损伤引入的Shockley-Reed-Hall中心导致少子寿命减小有关。当位移损伤剂量较大时,暗电流随着位移损伤剂量的增加而减小,暗电流的减小与位移损伤引入的施主型缺陷导致p区载流子浓度减小,进而导致少子寿命增加有关。

页码69
内容类型学位论文
源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/5987]  
专题固体辐射物理研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
王志铭. 辐射对HgCdTe红外器件暗电流特性的影响研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2019.
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