InGaAs光电探测器辐照位移损伤数值模拟研究

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随着空间技术的迅速发展,In Ga As光电探测器逐步向空间应用拓展,在空间激光探测、卫星遥感等多领域发挥重要作用。空间环境中的大量质子、电子和γ射线等辐射与光电子器件相互作用,可导致其性能退化甚至失效。而总结辐照损伤规律,分析退化机理需要开展大量的辐照实验,鉴于辐照实验成本和条件的限制,辐照效应数值模拟越来越受到重视。本论文针对上述问题,以垂直入射型In GaAs PIN光电探测器为研究对象,开展辐照位移损伤实验和辐照损伤效应的数值模拟研究,为InGaAs光电探测器抗辐射性能评价和器件的抗位移损伤加固设计提供参考。主要内容为:(1)通过开展InGaAs光电探测器中子辐照效应的数值模拟方法研究,利用geant4软件建立了薄靶InGaAs材料损伤效应模型,实现了薄靶InGaAs材料中子辐照损伤效应数值模拟的探索;以垂直入射PIN结构InGaAs光电探测器为研究对象,利用TCAD软件建立了In GaAs光电探测器的物理模型,实现了敏感参数的数值模拟。(2)比较了中子与质子、伽马光子辐照InGa As光电探测器造成损伤的异同性,通过对比In GaAs光电探测器中子、质子与伽马光子辐照的模拟结果,有助于清晰了解辐照损伤机理。(3)通过开展InGaAs光电探测器中子辐照损伤效应试验,得到了InGaAs光电探测器中子辐照损伤的实验规律:在选用辐照剂量下,样品的响应度和光谱响应范围均未出现明显变化;暗电流随辐照剂量增加而增大;相同辐照剂量下,暗电流变化受吸收层厚度和器件有源区面积影响。(4)通过开展暗电流成分随辐照剂量变化的研究,发现不同暗电流成分与辐照剂量作用机理和变化规律不同,分析暗电流变化时应区别分析,辐照位移缺陷导致空穴的迁移率和寿命下降,当少子寿命降低的程度更大时,总的效果便是扩散电流的增加;辐照在空间电荷的载流子移除效应使复合扩散电流变大。介绍了In GaAs光电探测器辐照损伤效应预估的数值模拟法。
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