多晶PbSe光电探测器的多尺度材料到系统建模

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。