Development of 15 Micron Cutoff Wavelength HgCdTe Detector Arrays for Astronomy

این پایان نامه پیشرفت در درک آشکارسازهای HgCdTe را توصیف می کند. در حالی که آشکارسازهای مادون قرمز موج بلند (15 میکرومتر) آشکارسازهای HgCdTe برای استفاده نظامی تحت تابش پس‌زمینه بالا توسعه داده شده‌اند، این آرایه‌ها قبلاً برای استفاده در نجومی که تابش پس‌زمینه یک میلیارد بار کوچک‌تر است، ساخته نشده بودند. مشکل اصلی در توسعه چنین آرایه هایی برای نجوم، جریان تاریک پیکسلی است که موج بلند HgCdTe را گرفتار می کند. نویسنده جزئیات کار روی موفقیت توسعه طول موج کوتاه‌تر در Teledyne Imaging Sensors، مدل‌سازی دقیق منحنی‌های ولتاژ جریان تاریک-بایاس معکوس دستگاه‌های 10 میکرومتری آن‌ها در دمای 30K و همچنین منحنی‌های جریان تاریک-دمای دمایی در چندین بایاس معکوس شامل 250 میلی ولت با پیش‌بینی رشد 13 و سپس 15 میکرومتر HgCdTe، مقادیر خواص اساسی ماده که جریان‌های تاریک تونل‌زنی را به حداقل می‌رساند، از طریق مدل‌سازی دقیق منحنی‌های ولتاژ بایاس جریان تاریک-معکوس، و همچنین منحنی‌های جریان-دمای تاریک تعیین شد. این تجزیه و تحلیل در قطعات 13 میکرومتری تولید شده توسط Teledyne انجام شد، و سپس برای تولید پارامترهای لازم برای رشد 15 میکرومتر بهینه شد. آرایه های 13 میکرومتری حاصل توسط تعدادی از گروه های تحقیقاتی نجوم زمینی در نظر گرفته شده است.

This thesis describes advances in the understanding of HgCdTe detectors. While long wave (15 μm) infrared detectors HgCdTe detectors have been developed for military use under high background irradiance, these arrays had not previously been developed for astronomical use where the background irradiance is a billion times smaller. The main pitfall in developing such arrays for astronomy is the pixel dark current which plagues long wave HgCdTe. The author details work on the success of shorter wavelength development at Teledyne Imaging Sensors, carefully modeling the dark current–reverse bias voltage curves of their 10 μm devices at a temperature of 30K, as well as the dark current–temperature curves at several reverse biases, including 250 mV. By projecting first to 13 and then 15 μm HgCdTe growth, values of fundamental properties of the material that would minimize tunneling dark currents were determined through careful modeling of the dark current-reverse bias voltage curves, as well as the dark current-temperature curves. This analysis was borne out in the 13 μm parts produced by Teledyne, and then further honed to produce the necessary parameters for the 15 μm growth. The resulting 13 μm arrays are being considered by a number of ground-based astronomy research groups.