[发明专利]一种量子点红外探测器响应率的表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器的性能评估测定方法，特别涉及一种量子点红外探测器响应率的表征方法。

背景技术

量子点红外探测器是近年来出现的新型低维探测器，由于其具有低暗电流、高增益、高探测率等优越特性，引起了人们的广泛关注。这种新型光电导探测器采用了量子点纳米结构，使影响响应率特性的因素发生了明显的变化，而以往光电导探测器响应率特性表征方法没有充分考虑这些因素的影响，因此非常有必要在量子点红外探测器响应率表征问题的研究中考虑探测器自身结构的特点及其内部机制的特殊性，使响应率的表征能更加准确地体现探测器的性能，为探测器的优化设计提供可靠的理论支持。

响应率是评价和衡量探测器性能好坏的一个重要参数，其值越大意味着探测器性能越好，因而从第一台量子点红外探测器诞生以来，响应率表征方面的研究一直都是国内外研究人员追逐的热点问题。目前，人们已经对响应率特性的表征进行了大量的研究，提出了多种以电子传输为基础的表征方法，其中大部分都是通过考虑单一的电子传输模式，并结合电子激发或者连续势能分布建立响应率表征模型的。如H.Liu, “Quantum dot infrared photodetector”, Opto-electronics Review, 1, 1-5 (2003); Ryzhii V.. “Physical model and analysis of quantum dot infrared photodetectors with blocking layer”, Journal of Applied physics, 2001, 89: 5117-5224; P. Martyniuk , A. Rogalski，“Insight into performance of quantum dot infrared photodetectors，” Bulletin the polish academy of sciences Technical sciences, 57，103-116（2009）; Mahmoud Imbaby I., Konber Hussien A., El_Tokhy Mohamed S.. “Performance improvement of quantum dot infrared photodetectors through modeling,” Optics and Laser technology, 42: 1240-1249(2010). 然而这些方法在进行响应率表征时，没有充分考虑到电子传输的特殊性，沿用了量子阱红外探测器结构的一些特征，因而建立的响应率表征方法不能合理地反应探测器的响应特性，难以准确地用于探测器响应率性能的预测和评估。

发明内容

针对现有技术中对纵向结构量子点红外探测器响应率表征方法的不足，本发明提供一种量子点红外探测器响应率的表征方法，其更符合量子点红外探测器的探测机制，从而大大提高对量子点红外探测器响应率的预测、评估的准确度。

本发明采用的技术方案是：一种量子点红外探测器响应率的表征方法，包括如下步骤：

步骤（1）：根据量子点红外探测器的结构特性，将电子传输过程分为微米电子传输和纳米电子传输，通过激发能表征纳米电子传输和微米电子传输的激发能，并由此建立暗电流模型；

步骤（2）：通过电子连续势能分析法，将暗电流看作是由带电量子点构成的平面势垒中的小孔流过的电流所形成的，并由此建立暗电流模型；

步骤（3）：基于步骤1、2中的两种暗电流模型，通过暗条件下电流平衡关系，求得量子点内平均电子数；

步骤（4）：根据量子点内平均电子数与量子效率之间的关系，得到量子效率；

步骤（5）：通过量子点红外探测器中光电导增益与量子点内平均电子数之间的关系，推导出光电导增益；

步骤（6）：基于量子点红外探测器的光电导探测机制中光电流与量子效率、光电导增益之间的关系，推导出光电流模型，确定光电流的大小；

步骤（7）：通过量子点红外探测器中响应率与光电流的关系，建立响应率模型，实现对响应率的表征。

所述步骤（1）中，通过引入连续耦合模型，激发能的表征为                                                ，其中，为微米电子传输的激发能，纳米电子传输的激发能，并由此表征暗电流密度：，其中，为电子有效质量，为玻尔兹曼常数，为温度，为归一化的普朗克常数，为电子基本电荷，为势垒中电子漂移速度，T为温度。