BDJ光探测器的温度特性及其温度校准研究

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掩埋双pn结(BDJ)探测器由两个背靠背的PN结组成,制作技术与传统CMOS工艺兼容。BDJ探测器不仅可以利用pn结光电流大小测量单色光(或准单色光)的光功率,也可以利用两结光电流比值测量光波长(或平均波长),测量方法简单快捷,成本低。 论文对自行研制的BDJ光探测器的温度特性进行了研究,从25℃到80℃,每隔5℃测量BDJ探测器的波长和光响应度定标曲线。由于pn结的光电流大小与光吸收系数和迁移率等因素相关。如温度升高时,光吸收系数增大,吸收的峰值位置变浅,使深结光电流减小(即光响应减小)和浅结光电流增大(即光响应增大),所以深结与浅结光电流比值会随着温度的升高而减小。而长波长光的吸收系数随温度变化更大,因此在长波段由于温度升高引起的深浅结光电流比值下降更明显。所以BDJ光探测器的波长及光谱响应度定标曲线受到温度变化的影响,有必要对定标曲线进行温度校准,以提高不同环境温度下BDJ探测光波长和光功率的准确度。 首先,基于pn结Ⅰ-Ⅴ特性对温度的依赖关系,论文提出利用BDJ探测器自身的pn结来做温度测量,并对实验方法进行研究和比较,优化实验条件,最后得到可以作为温度定量计算的曲线。选取的实验条件是,给BDJ光探测器的浅结通以800μA的电流,在室温21.8-80℃范围内测量相应的浅结电压V,再对实验数据采用所有点线性拟合方法,得到V-t温度定标曲线。另外,根据从25℃到80℃,每隔5℃测量得到的波长和光响应度定标曲线,利用插值技术就可以得出25-80℃范围内任一温度时的波长及光响应度定标曲线。从而BDJ光探测器在实际应用时,先利用浅结测量出实际温度,然后插值出该温度下的波长和光响应度定标曲线,用校准后的波长、光响应度定标曲线作为BDJ光探测器实际应用时的计算曲线。 为了实际使用更加方便和直观,利用Tablecurve3D软件,论文分别拟合出BDJ探测器两结光电流比值R、浅结光响应度S(EB)、深结光响应度S(BC)随波长及温度变化的表达式--R(λ,t),S(EB)(λ,t),S(BC)(λ,t)。利用此温度校准公式,可以直接计算出波长、光功率。通过温度校准,可以有效地补偿环境温度变化对波长及光功率测量的影响,使器件测量更为准确,并且拓宽了BDJ光探测器的适用范围,使其不仅限于在特定的定标温度下使用,而是在不同的环境温度下均能使用。
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