[發明專利]優化阻擋雜質帶探測器噪聲的方法、系統及介質

有效

• 申請號: 202010215108.8
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111428364B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王曉東;陳雨璐;王兵兵;張傳勝;童武林;胡永山;于春蕾;張皓星;劉文輝
• 申請（專利權）人: 上海微波技術研究所（中國電子科技集團公司第五十研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/10
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種優化阻擋雜質帶探測器噪聲的方法、系統及介質，首先通過數值模擬及數據擬合得到在特定工作偏壓及特定工作溫度下，探測器噪聲頻譜密度關于不同阻擋層厚度的函數式，根據該函數式及設計的噪聲頻譜密度提取出相應的定制阻擋層厚度，按照該阻擋層厚度進行制作的探測器可使噪聲頻譜密度滿足設計要求。該方法的優點在于，可以針對不同材料體系及不同工藝條件得到的阻擋雜質帶探測器提取出噪聲頻譜密度與阻擋層厚度的關系，得到在特定工作偏壓及特定工作溫度下的定制阻擋層厚度，由此設計并制作的探測器噪聲頻譜密度將滿足設計要求，避免為了優化探測器噪聲設計而進行反復試片，極大地縮短了探測器的研發周期并降低了研發成本。

技術領域

本發明涉及半導體光電探測器技術領域，具體地，涉及一種優化阻擋雜質帶探測器噪聲的方法、系統及介質。

背景技術

太赫茲波通常是指波長介于30～3000μm(頻率介于0.1～10THz)的電磁波，它對金屬具有較高的反射率，而對大多數介電材料和非極性材料具有較高的透過率，利用該特性可以制成太赫茲人體安檢儀用于人體隱匿物品的檢測與識別，還可以制成太赫茲無損探傷儀用于航天材料的內部缺陷檢測。此外，太赫茲波還具有指紋特性、熱效應與云霧穿透能力，因此太赫茲技術在生物醫療、大氣監測與天文觀測等領域具有廣闊的應用前景，例如：在生物醫療領域，太赫茲技術可用于癌癥的診斷與治療，這是因為癌細胞等生物大分子在太赫茲譜段具有諸多可供識別的特征吸收峰，而且利用太赫茲波的熱效應，可促使構成細胞的體內酵素、DNA和其他有機高分子的振動活性化并強化DNA的修復機制，從而抑制癌細胞；在大氣監測領域，對比經典的紅外技術(只能對平流層大氣進行監測)，太赫茲技術的監測范圍可以完整地覆蓋平流層直至對流層的廣闊空域，從而為獲取更加豐富的監測信息提供了技術保障；在天文觀測領域，太赫茲技術可用于觀測來自遙遠星系、氣體星云及新生恒星的輻射信號，為宇宙大爆炸、黑洞、暗物質及引力波等現代前沿科學研究提供了技術手段。

當前太赫茲技術的研究主要集中于太赫茲源與太赫茲探測器。其中，太赫茲探測器包括肖特基二極管、測輻射熱計、熱電子測輻射熱計、超導-絕緣體-超導混頻器、超導隧道結探測器、超導相變邊緣探測器、量子阱探測器和阻擋雜質帶探測器等，不同的探測器對應不同的探測原理。例如：肖特基二極管是基于微波技術通過提高響應頻率實現太赫茲探測；而阻擋雜質帶(BIB)探測器是基于紅外技術通過降低響應頻率實現太赫茲探測。與非制冷型探測器肖特基二極管相比，BIB探測器是制冷型探測器，且具有高靈敏、大面陣、寬譜段等優勢。BIB探測器可基于三種材料體系得以實現(即：硅基、鍺基和砷化鎵基)。其中，硅基BIB探測器(截止頻率為6THz)的應用最為廣泛，這是因為硅材料在三種材料體系中最為成熟；鍺基BIB探測器可降低截止頻率到1.4THz，這是因為鍺材料中淺雜質能級的束縛能(11.3meV)比硅材料(45.6meV)要低得多；砷化鎵BIB探測器可進一步降低截止頻率到0.4THz，這是因為砷化鎵材料中淺雜質能級具有極低的束縛能(5.6meV)。

噪聲頻譜密度作為表征BIB探測器性能的關鍵指標，定義為單位帶寬內探測器的有效噪聲電流，其大小由探測器的工作偏壓、工作溫度和阻擋層厚度共同決定。探測器的工作偏壓和工作溫度統稱為探測器的工作條件，從工程設計角度來講，探測器的工作偏壓由載荷的觀測模式(臨邊觀測或對地觀測)決定，而探測器的工作溫度由制冷機的效率、功率及重量共同決定，唯有阻擋層厚度取決于探測器本身。因此，很有必要在探測器流片之前對阻擋層厚度開展噪聲設計，進而得到在特定工作偏壓及特定工作溫度下的定制阻擋層厚度。針對BIB探測器的噪聲設計，現有方法是通過設計不同阻擋層厚度的一系列BIB探測器進行試片，然后根據試片結果擇優進行選用，時間與經濟成本均較高。

專利文獻CN105633215A(申請號：201610125888.0)公開了一種優化阻擋雜質帶探測器阻擋層厚度的方法，首先通過數值模擬及數據擬合得到阻擋雜質帶探測器的最佳阻擋層厚度，該厚度能使探測器獲得高響應率的同時也具有低的噪聲，進而根據優化后的結果設計并制作了高性能阻擋雜質帶探測器。

發明內容