Details

Данная работа посвящена исследованию фотоэлектрических диодов на основе кадмиево-ртутного теллурида, предназначенных для средневолнового и длинноволнового инфракрасного диапазона. Рассмотрены физические свойства материала HgCdTe, его преимущества и недостатки при изготовлении инфракрасных фотоприемников. Проведен анализ существующих конструкций фотодиодов на основе данного полупроводника: p-n-переход, PIN и p-π-n структуры. С помощью численного моделирования в пакете COMSOL Multiphysics изучено влияние толщины слоев и состава HgCdTe на фотоэлектрическую чувствительность прибора. Определены оптимальные параметры структуры, позволяющие снизить темновой ток и повысить эффективность регистрации инфракрасного излучения в диапазонах 3–5 мкм и 8–14 мкм. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании матричных инфракрасных детекторов для тепловизионных систем и систем дистанционного зондирования.

The given work is dedicated to the study of cadmium mercury telluride photodiodes operating in mid-wave and long-wave infrared spectral ranges. The paper analyzes physical characteristics of HgCdTe semiconductor material, its strengths and limitations for manufacturing infrared photodetectors. Three mainstream device architectures, including p-n homojunction, PIN and p-π-n photodiode structures, are compared in terms of dark current, spectral response and operating temperature. Multiphysics numerical simulation via COMSOL Multiphysics is used to evaluate how layer thickness and mercury-cadmium component ratio affect the photoelectric sensitivity of the detector. The optimal structural parameters are calculated to suppress Auger and Shockley-Read-Hall recombination, reduce dark current and improve infrared radiation detection efficiency within 3–5 μm and 8–14 μm atmospheric transparency windows. The research results can be applied to the design of focal plane infrared arrays for thermal imaging and remote sensing equipment.