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多晶PbSe光电探测器的多尺度材料到系统建模

DOI：10.1063/1.5087818 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 我们提出了一种基于物理的多尺度多晶硒化铅光电探测器材料-系统模型，该模型将基础材料特性与电路级性能指标相关联。通过实验观测的薄膜结构与电学表征，我们首先建立了能带结构模型，解释了敏化薄膜中的载流子类型反转现象及长载流子寿命特性。光敏薄膜独特的能带结构导致光生载流子分离——空穴迁移至反型PbSe/PbI?界面，而电子则被束缚在晶粒间区域的薄膜体相中。这些载流子输运过程共同构成了定量描述薄膜I-V特性的双电流光电导理论。 为捕捉像素尺寸效应与陷阱载流子阻塞影响，我们基于功函数相对差异建立了探测器薄膜金属接触模型。同时针对迁移率、寿命、量子效率、噪声等关键物理参数建立了详细模型，将这些参数与响应度R和比探测率D*等探测器性能指标紧密关联，揭示其与材料特性及工作条件的深层关系。 最终开发出基于Verilog-A的紧凑型SPICE模型，可直接与先进数字读出集成电路单元设计集成，用于模拟和优化高性能焦平面阵列——该阵列是自动驾驶汽车、物联网安防及嵌入式应用等快速扩张市场中的核心组件。
作者： Samiran Ganguly，Moon-Hyung Jang，Yaohua Tan，Sung-Shik Yoo，Mool C. Gupta，Avik W. Ghosh
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研究概述 实验方案

研究目的

研究多晶PbSe光电探测器的多尺度材料-系统建模，以将基础材料特性与电路级性能指标相关联。

研究成果

该研究提出了一个基于多尺度物理的光电探测器（特别是多晶PbSe光电探测器）材料到系统建模的综合框架。通过创新的二电流导电理论成功解释了载流子类型反转和长载流子寿命现象。所建立的模型与实验数据高度吻合，验证了该方法的有效性。研究还探讨了材料特性和运行条件对系统级性能的影响，为未来光电探测器设计的优化研究提供了平台。

研究不足

该研究承认，由于缺乏关于复合速度或陷阱密度的详细实验数据，对多晶薄膜中载流子寿命进行建模具有复杂性。它还指出，在没有关于SRH陷阱中心的统计数据和声子能带结构的详细数据的情况下，建立此类薄膜寿命的完整多尺度理论存在困难。

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