光伏半导体器件对能量小于禁带宽度光子的响应机理研究

江天; 程湘爱; 江厚满; 陆启生

doi:10.7498/aps.60.107305

摘要

利用光子能量为0.12 eV的10.6 m连续激光分别辐照了禁带宽度为0.91和0.33 eV的光伏碲镉汞探测器. 实验表明,激光辐照下禁带宽度为0.91 eV的探测器输出正电压,而禁带宽度为0.33 eV的探测器对激光的响应方向却与之相反. 为了研究此现象,利用功率密度一定的10.6 m激光辐照不同开路电压状态下禁带宽度为0.91 eV的探测器,实验结果证实初始开路电压是产生输出电压反向现象的原因. 对这一机理进一步分析发现,光伏探测器在光子能量小于禁带宽度的激光辐照下,其开路电压是热激发载流子导致的热生电动势和自由载流子吸收导致的晶格热效应共同决定的.

关键词:

Abstract

The photovoltaic HgCdTe detectors with band gaps 0.91 and 0.33 eV are irradiated by 10.6 m laser (0.12 eV photon energy), separately. It is found that output voltage of detector (0.91 eV band gap) is positive, while the response voltage of detector (0.33 eV band gap) is opposite to it. To investigate this phenomenon, the detector with a band gap of 0.91 eV is irradiated by a given power 10.6 m laser under different initial open-circuit voltags. It is experimentally demonstrated that the phenomenon is caused by the initial open-circuit voltage. With further investigation, the open-circuit voltage of the photovoltaic detector is determined by both the thermovoltage caused by thermoexcited carrier and the crystal thermal effect produced by free carrier absorption under sub-bandgap laser irradiation.

Keywords:

作者及机构信息

1.
国防科技大学光电科学与工程学院,长沙 410073;

2.
中国人民解放军95844部队,酒泉 735018

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:1030110)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Optoelectric Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China;

2.
95844 Unit of PLA, Jiuquan 735018, China

参考文献

[1]	Bartoli F, Esterowitz L, Kruer M, Allen R 1977 Appl. Opt. 16 2934
[2]	Bartoli F J, Esterowitz L, Kruer M R, Allen R E 1975 Appl. Opt. 14 2499
[3]
[4]
[5]	Bartoli F, Esterowitz L, Allen R, Kruer M 1976 J. Appl. Phys. 47 2875
[6]	Kuanr A V, Bansal S K, Srivatava G P 1996 Opt. and Laser Technol. 28 345
[7]
[8]
[9]	Cui H Y, Li Z F, Ma F J, Hu X N, Ye Z H, Lu, W 2009 J. Infrared Millim. Waves 28 161 (in Chinese) [崔昊杨、李志锋、马法君、胡晓宁、叶振华、陆卫 2009 红外毫米波学报 28 161]
[10]
[11]	Song Q L, Wu H R, Hou X Y, Ding X M, Hou X Y, Li F Y, Zhou Z G 2006 Appl. Phys. Lett. 88 232101
[12]	Le Y X, Jiang H M 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 1233(in Chinese) [贺元兴、江厚满 2008 强激光与粒子束 20 1233]
[13]
[14]
[15]	Li L, Lu Q S, Jiang H M, Cheng X A 2007 Acts Opt. Sin. 27 85 (in Chinese) [李莉、陆启生、江厚满、程湘爱 2007 光学学报 27 85]
[16]
[17]	Li L, Lu Q S 2008 Acts Opt. Sin. 28 1953 (in Chinese) [李莉、陆启生 2008光学学报 28 1953]
[18]
[19]	Krishnamurthy S, Sher A, Chen A B 2000 J. Appl. Lett. 88 260
[20]	Takagi Y, Kobayashi, Yoshihara K 1992 Opt. Lett. 17 658
[21]
[22]
[23]	Cui H Y, Li Z F, Li Y J, Liu Z L, Xu X S, Lu W, Ye Z H, Hu X N, Wang C 2008 Acta Phys. Sin. 57 0238 (in Chinese) [崔昊杨、李志锋、李亚军、刘昭麟、陈效双、陆卫、叶振华、胡晓宁、王茺 2008 57 0238]
[24]
[25]	Yang G, Chen Z H 2007 Acta Phys. Sin. 56 1182 (in Chinese) [杨光、陈正豪 2007 56 1182]
[26]
[27]	Zhu L, Yang W G, Xu L L, Chen D A, Wang W. Cui Y P 2007 Acta phys. Sin. 56 569 (in Chinese) [朱利、杨文革、徐玲玲、徐安定、王文、崔一平 2007 56 569]
[28]	Li L,Lu Q S 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 2535 (in Chinese) [李莉、陆启生 2010 强激光与粒子束 22 2535]
[29]
[30]	Loch M, Widenhorn R, Bodegom E 2005 Proc of SPIE 5677 201
[31]
[32]
[33]	Green M A 2003 Res. Appl. 11 333

施引文献

[1]	Bartoli F, Esterowitz L, Kruer M, Allen R 1977 Appl. Opt. 16 2934
[2]	Bartoli F J, Esterowitz L, Kruer M R, Allen R E 1975 Appl. Opt. 14 2499
[3]
[4]
[5]	Bartoli F, Esterowitz L, Allen R, Kruer M 1976 J. Appl. Phys. 47 2875
[6]	Kuanr A V, Bansal S K, Srivatava G P 1996 Opt. and Laser Technol. 28 345
[7]
[8]
[9]	Cui H Y, Li Z F, Ma F J, Hu X N, Ye Z H, Lu, W 2009 J. Infrared Millim. Waves 28 161 (in Chinese) [崔昊杨、李志锋、马法君、胡晓宁、叶振华、陆卫 2009 红外毫米波学报 28 161]
[10]
[11]	Song Q L, Wu H R, Hou X Y, Ding X M, Hou X Y, Li F Y, Zhou Z G 2006 Appl. Phys. Lett. 88 232101
[12]	Le Y X, Jiang H M 2008 High Power Laser and Particle Beams 20 1233(in Chinese) [贺元兴、江厚满 2008 强激光与粒子束 20 1233]
[13]
[14]
[15]	Li L, Lu Q S, Jiang H M, Cheng X A 2007 Acts Opt. Sin. 27 85 (in Chinese) [李莉、陆启生、江厚满、程湘爱 2007 光学学报 27 85]
[16]
[17]	Li L, Lu Q S 2008 Acts Opt. Sin. 28 1953 (in Chinese) [李莉、陆启生 2008光学学报 28 1953]
[18]
[19]	Krishnamurthy S, Sher A, Chen A B 2000 J. Appl. Lett. 88 260
[20]	Takagi Y, Kobayashi, Yoshihara K 1992 Opt. Lett. 17 658
[21]
[22]
[23]	Cui H Y, Li Z F, Li Y J, Liu Z L, Xu X S, Lu W, Ye Z H, Hu X N, Wang C 2008 Acta Phys. Sin. 57 0238 (in Chinese) [崔昊杨、李志锋、李亚军、刘昭麟、陈效双、陆卫、叶振华、胡晓宁、王茺 2008 57 0238]
[24]
[25]	Yang G, Chen Z H 2007 Acta Phys. Sin. 56 1182 (in Chinese) [杨光、陈正豪 2007 56 1182]
[26]
[27]	Zhu L, Yang W G, Xu L L, Chen D A, Wang W. Cui Y P 2007 Acta phys. Sin. 56 569 (in Chinese) [朱利、杨文革、徐玲玲、徐安定、王文、崔一平 2007 56 569]
[28]	Li L,Lu Q S 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 2535 (in Chinese) [李莉、陆启生 2010 强激光与粒子束 22 2535]
[29]
[30]	Loch M, Widenhorn R, Bodegom E 2005 Proc of SPIE 5677 201
[31]
[32]
[33]	Green M A 2003 Res. Appl. 11 333

[1]	连天虹, 窦逸群, 周磊, 刘芸, 寇科, 焦明星. 热效应作用下高功率薄片涡旋激光器的模场结构. , 2024, 73(16): 164206. doi: 10.7498/aps.73.20240757
[2]	杨卫涛, 武艺琛, 许睿明, 时光, 宁提, 王斌, 刘欢, 郭仲杰, 喻松林, 吴龙胜. 碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器空间质子位移损伤及电离总剂量效应Geant4仿真. , 2024, 73(23): 232402. doi: 10.7498/aps.73.20241246
[3]	廖开升, 李志锋, 李梁, 王超, 周孝好, 戴宁, 李宁. 阻挡杂质带红外探测器中的界面势垒效应. , 2015, 64(22): 227302. doi: 10.7498/aps.64.227302
[4]	张治国. 垂直多结光伏型集成硅X射线探测器的实现和实验. , 2014, 63(24): 248501. doi: 10.7498/aps.63.248501
[5]	王红培, 王广龙, 倪海桥, 徐应强, 牛智川, 高凤岐. 新型量子点场效应增强型单光子探测器. , 2013, 62(19): 194205. doi: 10.7498/aps.62.194205
[6]	江天, 程湘爱, 许中杰, 陆启生. 光伏型碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的两种不同过饱和现象的产生机理. , 2013, 62(9): 097303. doi: 10.7498/aps.62.097303
[7]	刘红侠, 高博, 卓青青, 王勇淮. 极化效应对AlGaN/GaN异质结p-i-n光探测器的影响. , 2012, 61(5): 057802. doi: 10.7498/aps.61.057802
[8]	赵建涛, 冯国英, 杨火木, 唐淳, 陈念江, 周寿桓. 薄片激光器热效应及其对输出功率的影响. , 2012, 61(8): 084208. doi: 10.7498/aps.61.084208
[9]	江天, 程湘爱, 郑鑫, 许中杰, 江厚满, 陆启生. 光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究. , 2012, 61(13): 137302. doi: 10.7498/aps.61.137302
[10]	张姗, 胡晓宁. Si基碲镉汞光伏探测器的深能级研究. , 2011, 60(6): 068502. doi: 10.7498/aps.60.068502
[11]	苏杰, 王继锁, 梁宝龙, 张晓燕. 介观电容耦合LC电路在有限温度下的能量及热效应. , 2008, 57(11): 7216-7220. doi: 10.7498/aps.57.7216
[12]	乔辉, 廖毅, 胡伟达, 邓屹, 袁永刚, 张勤耀, 李向阳, 龚海梅. 碲镉汞焦平面光伏器件的实时γ辐照效应研究. , 2008, 57(11): 7088-7093. doi: 10.7498/aps.57.7088
[13]	孙志斌, 马海强, 雷鸣, 杨捍东, 吴令安, 翟光杰, 冯稷. 近红外单光子探测器. , 2007, 56(10): 5790-5795. doi: 10.7498/aps.56.5790
[14]	黄杨程, 刘大福, 梁晋穗, 龚海梅. 短波碲镉汞光伏器件的低频噪声研究. , 2005, 54(5): 2261-2266. doi: 10.7498/aps.54.2261
[15]	柴一晟, 杨宏顺, 刘剑, 纪明, 白彦波, 曹烈兆, J. C. Lasjaunias. 准一维有机超导体(TMTSF)2ClO4的高精度温差电动势研究. , 2004, 53(7): 2310-2315. doi: 10.7498/aps.53.2310
[16]	卢卯旺. 轴对称荷电动态黑洞的量子热效应. , 2000, 49(6): 1035-1038. doi: 10.7498/aps.49.1035
[17]	刘家璐, 张廷庆, 罗宏伟, 严北平, 郎维和, 张宝峰. 碲溶剂法生长碲镉汞晶体的数值模拟. , 1998, 47(2): 275-285. doi: 10.7498/aps.47.275
[18]	严北平, 刘家璐, 张廷庆, 王朝东, 郎维和, 张宝峰. 移动加热器法生长碲镉汞晶体的数值模拟. , 1995, 44(3): 439-445. doi: 10.7498/aps.44.439
[19]	黄国松, 张国轩, 顾绍庭, 顾根才, 朱从善. 玻璃板条激光器的热效应. , 1990, 39(10): 1563-1569. doi: 10.7498/aps.39.1563
[20]	马可军, 沈杰, 宋祥云, 温树林. 碲镉汞晶体中缺陷的晶格像. , 1985, 34(12): 1641-1643. doi: 10.7498/aps.34.1641

计量

文章访问数: 9815
PDF下载量: 995
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板