Caracterização elétrica de junções p-n de PbTe para aplicação em detectores de infravermelho.

• Main Author: André Santiago Barros
• Other Authors: Eduardo Abramof
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2004
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2004/10.05.14.56

Este trabalho visa à caracterização elétrica de junções p-n de PbTe para aplicação em detectores fotovoltaicos na faixa do infravermelho médio. Para isto, uma série de junções p-n foi crescida com sucesso por epitaxia de feixe molecular sobre substratos de fluoreto de bário. Nesta série, a concentração de buracos p ficou mantida fixa em 1017 cm-3 e a concentração de elétrons n variou entre 1017 e 1019 cm-3. Um sistema para medidas de corrente por tensão (IxV) e capacitância por tensão (CxV) foi implementado para este estudo com programas de controle desenvolvidos na plataforma Visual Basic. Aproveitando a experiência adquirida, um código fonte em Visual Basic foi também desenvolvido para controlar o sistema de epitaxia de feixe molecular. Diodos na forma de estrutura mesa foram fabricados por técnicas de litografia e montados em um criostato de nitrogênio líquido para a caracterização elétrica e determinação das figuras de mérito (detectividade e reposta espectral). Os resultados obtidos da característica CxV mostraram que para concentração de elétrons n > 1018 cm-3, junções abruptas de um único lado foram formadas. Neste caso, a concentração de buracos p e a largura da região depleção puderam ser determinadas. As características IxV apresentaram formas diferenciadas tanto para o ramo de corrente reversa como o de direta, mesmo para diodos feitos de uma mesma junção. A resistência diferencial incremental, as resistências em série e em paralelo, e o fator de idealidade dos diodos foram obtidos usando a derivada da curva IxV e um programa de simulação desenvolvido para ajustar a curva calculada pela equação de um diodo real aos pontos experimentais. As flutuações observadas tanto para os parâmetros obtidos da característica IxV quanto para os valores de detectividade D* foram atribuídos a problemas durante o processamento dos fotodiodos. A despeito destas flutuações, os valores de ruído e detectividade medidos para os detectores de PbTe puderam ser correlacionados com os parâmetros obtidos da análise da característica IxV. Estes resultados permitem uma previsão das figuras de mérito do detector de PbTe a partir dos dados da curva IxV. Destaca-se, ainda, que os melhores fotodiodos de PbTe fabricados durante este trabalho apresentaram valores de D* na ordem de 1011 cmHz1/2W-1 comparáveis aos de InSb e HgCdTe comerciais e aos de PbTe fabricados sobre silício. === This work reports on the electrical characterization of PbTe p-n junctions for application in photovoltaic detectors in the medium infrared range. For this purpose, a series of p-n junctions, where the hole concentration p was kept at 1017 cm-3 and the electron concentration n varied between 1017 and 1019 cm-3, was successfully grown by molecular beam epitaxy on barium fluoride substrates. A system to measure current versus voltage (IxV) and capacitance versus voltage (CxV) characteristics was employed together with data acquisition and control programs developed in Visual Basic platform. Using this experience, a Visual Basic code to control the molecular beam epitaxial system was also developed. Mesa diodes were fabricated by lithography and mounted in a liquid nitrogen cryostat for the electrical characterization and the determination of figures of merit (detectivity and spectral response). The results obtained by the CxV characteristic showed that for electron concentration n > 1018 cm-3, one-sided abrupt junctions were formed. In this case, the hole concentration and the depletion width could be determined. The IxV characteristic exhibited different forms for both reverse and direct branches, even for diodes fabricated from the same junction. The incremental differential resistance, the series and parallel resistances, the ideality factor of the diodes were obtained by the derivative of the IxV curve and by a simulation program developed to adjust the curve calculated by the equation for a real diode to the experimental data. The fluctuations observed for both the parameters obtained from the IxV curve analysis and detectivity D* values were attributed to problems during the photodiode fabrication processes. Despite of these fluctuations, it was possible to correlate the noise and detectivity values measured for the PbTe detectors to the parameters obtained form the IxV characterization. These results allow the prediction of the detector?s figures of merit from the data obtained from the IxV curves. It is also important to emphasize that the best PbTe photodiodes fabricated during this work showed D* values close to 1011 cmHz1/2W-1, comparable to InSb and HgCdTe commercial detectors and to PbTe photodiodes fabricated on silicon substrates.