强激光与光伏型探测器的相互作用

【摘要】：随着光电子技术和光电对抗技术的发展，光电探测器的应用越来越广泛，因此研究激光与光电探测器的相互作用，特别是研究强激光对光电探测器的辐照效应就具有了非常重要的实际意义。当前国内外对这方面的研究大多集中在各种探测器破坏阈值的测量和破坏机理上，当辐照光功率密度较高(高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值)时，探测器内载流子的输运过程和探测器的动态响应情况的研究却很少，而传统的理论或物理模型也只适用于弱光辐照的情况。本文从理论方面较为系统地研究了辐照光功率密度较高时，半导体光电探测器内载流子的输运过程和探测器的非线性动态响应问题。论文的主要工作有： 以传统描述半导体探测器中载流子输运的漂移—扩散模型为基础，提出了改进的漂移—扩散模型。 针对光伏型探测器建立了相应的非线性耦合方程组，通过采用恰当的计算方法，自行编制了一套能反映探测器光电特性的程序，对光伏型探测器进行了模拟计算。得到了激光辐照下光伏型探测器的瞬态响应规律并分析了材料参数对探测器输出响应的影响。 由于强激光辐照半导体探测器时会产生热效应，通过分析探测器损伤的热机理，建立了热效应模型。根据入射激光的不同形式(脉冲和连续波)分别对光伏型HgCdTe探测器进行了表面和内部的温度计算。 本文开展的理论研究有所创新，所建立的理论模型既适合强光辐照又适合弱光辐照。当辐照光较弱时结果与传统模型一致，当辐照光较强时，可计算出探测器的温升以推断探测器材料是否会遭遇熔化、烧蚀等破坏。 【关键词】：光伏型探测器 载流子输运 动态响应 热效应
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TN247
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 本文的主要内容10-12
• 2 理论基础12-19
• 2.1 本征激发与非本征激发12-13
• 2.2 非平衡载流子的产生13-15
• 2.2.1 热平衡载流子13-14
• 2.2.2 非平衡载流子的产生14-15
• 2.3 非平衡载流子的复合15-17
• 2.4 载流子输运及连续性方程17-19
• 3 半导体光电探测器的工作原理19-30
• 3.1 光电探测器的发展19-20
• 3.2 光电探测器的分类20-22
• 3.2.1 光子探测器20-21
• 3.2.2 热探测器21-22
• 3.3 光电探测器的工作原理22-27
• 3.3.1 光导型探测器的工作原理22-23
• 3.3.2 光伏型探测器的工作原理23-27
• 3.3.2.1 pn结24
• 3.3.2.2 光伏型光电探测器的能带结构24-25
• 3.3.2.3 光生电动势的产生25-26
• 3.3.2.4 温差电动势26-27
• 3.3.2.5 Dember电动势27
• 3.3.2.6 开路电压27
• 3.3.3 电荷耦合器件(CCD)的工作原理27
• 3.4 光伏型HgCdTe探测器27-30
• 3.4.1 HgCdTe晶体结构28
• 3.4.2 光伏型HgCdTe探测器的结构28-30
• 4 理论分析30-45
• 4.1 载流子输运的基本物理过程30-31
• 4.2 漂移-扩散模型31-33
• 4.2.1 传统的漂移-扩散模型31-33
• 4.2.2 改进的漂移-扩散模型33
• 4.3 PN结的内部特性33-36
• 4.4 初边值问题36-39
• 4.4.1 初值条件36-38
• 4.4.2 边界条件38-39
• 4.5 数值计算39-45
• 4.5.1 动力学方程的差分39-42
• 4.5.1.1 预测-校正格式41-42
• 4.5.1.2 迭代格式42
• 4.5.2 空间步长的选取42-43
• 4.5.3 边界的处理43-45
• 4.5.3.1 前、后表面44
• 4.5.3.2 内部交界面44-45
• 5 模拟计算结果及相应的分析45-56
• 5.1 材料参数对探测器输出响应的影响45-50
• 5.1.1 载流子寿命的影响47
• 5.1.2 掺杂密度的影响47-48
• 5.1.3 p区、n区长度的影响48-49
• 5.1.4 材料组份的影响49-50
• 5.1.5 载流子迁移率的影响50
• 5.2 探测器的输出响应与入射光功率密度的关系50-52
• 5.3 载流子输运的动、稳态特征52-56
• 6 光伏型光电探测器的热损伤研究56-67
• 6.1 激光破坏机理综述56-58
• 6.1.1 光饱和失效机制56
• 6.1.2 能量吸收和热损伤机制56-57
• 6.1.3 表面熔化、汽化蒸发与重新凝固机制57
• 6.1.4 力学破坏机制57-58
• 6.1.5 光电探测器的混沌过程58
• 6.2 热效应对光伏型光电探测器的损伤58-67
• 6.2.1 建立理论模型并进行模拟计算59-67
• 6.2.1.1 光伏型探测器表面温度的计算60-63
• 6.2.1.2 光伏型探测器内部温度的计算63-67
• 结束语67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间发表的学术论文目录73-74
• 独创性声明74
• 关于论文使用授权的说明74

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