Characterization of Germanium Photodetectors

Abstract

Tässä työssä on kehitetty kaksi germaniumpohjaista valoilmaisinta projektissa, joka tähtää spektrisen irradianssin mittanormaalin laajentamiseen infrapuna-alueelle. Ensimmäinen ilmaisin koostuu yksittäisestä valodiodista ja toinen on ns. loukkuilmaisin (trap-detektori), joka koostuu kolmesta valodiodista. Tähän työhön valittiin germaniumpohjaiset valodiodit, koska ne tarjoavat riittävän herkkyyden 900 ja 1650 nanometrin väliselle aallonpituusalueelle. Suuren pinta-alan germaniumvalodiodeja on myös saatavana kohtuulliseen hintaan.

Neljä tähän projektiin hankittua suuripinta-alaista valodiodia karakterisoitiin perinpohjaisesti. Näiden mittausten perusteella valittiin valodiodit rakennettaviin ilmaisimiin. Valodiodit ja rakennettu loukkuilmaisin karakterisoitiin paikkavasteen, spektrisen herkkyyden, spektrisen heijastuksen, kvanttihyötysuhteen ja lämpötilariippuvuuden suhteen. Työn päätavoite oli rakentaa loukkuilmaisin. Loukkuilmaisimen hyödyt tulevat pienentyneestä takaisinheijastuksesta ja parantuneesta herkkyydestä. Takaisinheijastusten minimoiminen on tärkeää, koska ne aiheuttavat haitallisia edestakaisia heijastuksia suodatinradiometrien optiikassa. Haittapuolina loukkuilmaisimella ovat pienentynyt rinnakkaisresistanssi, lisääntynyt kohina sekä monimutkaisempi ja kalliimpi rakenne.

Tämän työn tuloksena saatiin kaksi karakterisoitua valoilmaisinta lähi-infrapuna-alueelle 900 ja 1650 nanometrin aallonpituusvälille. Yhdistetty standardiepävarmuus ilmaisimien herkkyydelle on 1.4 %. Germaniumpohjaisten valodiodien pieni rinnakkaisresistanssi ja herkkyyden suuri lämpötilariippuvuus on otettava huomioon mittauksissa. Tietojemme mukaan mitatut paikkavasteen tasaisuudet ovat parhaita germaniumdiodeille koskaan mitattuja. Myös loukkuilmaisimen heijastus on esitetty ensimmäistä kertaa.