HgCdTe电子雪崩光电二极管

摘要

用短波红外至长波红外HgCdTe制作的电子注入雪崩光电二极管所呈现的增益和过量噪声特性表现出一种单个致电离载流子的增益过程.结果形成一种具有"理想"特性的电子雪崩光电二极管,这些理想特性包括几乎无噪声的增益.本文报导在研制长波、中波和短波截止红外Hg1-xCdxTe电子雪崩光电二极管方面所取得的成果.这些器件采用p围绕n、正面照射和n+-/p的圆柱形几何结构,这样的几何结构便于电子注入增益区.这些器件具有一种均匀的指数式增益电压特征,这与k=αn/αe为零的空穴与电子电离系数比是一致的.在中波红外电子雪崩光电二极管中已测得大于1000的增益,而且没有任何雪崩击穿的迹象.在中波红外和短波红外电子雪崩光电二极管上测得的过量噪声结果表明,在高增益处有一个与增益无关的过量噪声系数,其极限值小于2.在77K温度处,截止波长为4.3μm的器件在增益为1000以上时呈现出接近1的过量噪声系数.在室温下,短波红外电子雪崩光电二极管仍与k=0效果保持一致,其过量噪声系数与增益无关,接近小于2的极限值.k=0效果可用HgCdTe的能带结构来解释.基于HgCdTe能带结构的蒙特卡罗模型和HgCdTe的散射模型预计了测得的增益和过量噪声特性.当一个中波红外雪崩光电二极管的工作温度为77K时,在10ns脉冲信号的964增益处测得的7.5光子的噪声等效输入说明了HgCdTe电子雪崩光电二极管的性能.