通过电热映射和优化策略研究微波红外（MWIR）HgCdTe光电二极管中温度驱动的雪崩前暗电流机制

暗电流机制与高温优化策略研究

　　

摘要：

中波红外（MWIR）HgCdTe雪崩光电二极管（APDs）主要用于高工作温度（HOT）下的红外探测，但其暗电流会随着温度的升高而迅速增加，这严重限制了其性能。本研究采用了一种经过实验校准的电热数值分析框架，并结合空间分辨的准三维映射技术，研究了平面N-on-P型Hg0.7Cd0.3Te APD在80–300K温度范围内的暗电流机制、温度依赖性变化以及光电流增益。结果表明，雪崩前的暗电流激增源于N/P结角处的电子通道，同时局部晶格温度热点会加速器件的提前击穿。基于这些发现，我们提出了三种结构优化策略：高掺杂吸收层、高Cd含量的上层结构以及电子注入阻挡层，这些措施均有效抑制了电子通道的形成，从而提升了HOT型APD的性能。我们还对Okuto–Crowell（O–C）模型进行了改进，将幂律指数和某些物理参数作为温度的线性函数进行建模。分析进一步表明：在160 K以下，暗电流的主要产生机制为Shockley–Read–Hall（SRH）效应；而在更高温度下，则转变为漂移扩散（D-D）电流和Auger效应。实验测得的SRH寿命和界面陷阱密度也与模型预测结果相符。总体而言，本研究为HOT型MWIR HgCdTe APD的研发提供了一个实用的框架。