Mid-wavelength infrared HgCdTe avalanche photodiodes (APDs) are becoming increasingly significant in research and practical applications for the high linear gain, low excess noise and high quantum efficiency. However, the performance of HgCdTe APDs is largely limited by the voltage dependence of dark current. It has been well known that the tunneling current is the main component of the dark current of the p-i-n diode. However, the current contribution of different physical mechanism still needs to be indicated in different reverse voltages. In this paper, we mainly study the mechanism of the relationship between dark current and reverse voltage of mid-wavelength infrared $${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} {\text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te ( x = 0.3) mesa p-i-n avalanche diode. Several physical models are used for the dark current numerical simulation. The results show that for detection of $${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} {\text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te mesa p-i-n detector under low temperature, dark current is mainly caused by tunneling current. With the reverse voltage increasing, the main component of dark current turns from trap-assisted tunneling current to direct band-to-band tunneling. The transition voltage is positively related to the energy level difference between trap energy level and conduction band. The results may provide a guideline to improve the performance of the mid-wavelength infrared APD detector by ranking the importance of different structural parameters.

中文翻译：

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中波长红外HgCdTe台面PIN雪崩二极管暗电流对反向电压的依赖机制

中波长红外 HgCdTe 雪崩光电二极管 (APD) 在高线性增益、低过量噪声和高量子效率的研究和实际应用中变得越来越重要。然而，HgCdTe APD 的性能在很大程度上受到暗电流的电压依赖性的限制。众所周知，隧道电流是pin二极管暗电流的主要成分。然而，不同物理机制的电流贡献仍然需要在不同的反向电压下表示。本文主要研究中波长红外$${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} { \text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te ( x = 0.3) 台面引脚雪崩二极管。几个物理模型用于暗电流数值模拟。结果表明，对于$${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} {\text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te台面的检测pin检测器在低温下，暗电流主要是由隧道电流引起的。随着反向电压的增加，暗电流的主要成分从陷阱辅助隧穿电流转变为直接带间隧穿。跃迁电压与陷阱能级和导带之间的能级差呈正相关。结果可以通过对不同结构参数的重要性进行排序，为提高中波长红外 APD 探测器的性能提供指导。结果表明，对于$${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} {\text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te台面的检测pin检测器在低温下，暗电流主要是由隧道电流引起的。随着反向电压的增加，暗电流的主要成分从陷阱辅助隧穿电流转变为直接带间隧穿。跃迁电压与陷阱能级和导带之间的能级差呈正相关。结果可以通过对不同结构参数的重要性进行排序，为提高中波长红外 APD 探测器的性能提供指导。结果表明，对于$${\text{Hg}}_{1 - x} {\text{Cd}}_{x} {\text{Te}}$$ Hg 1 - x Cd x Te台面的检测pin检测器在低温下，暗电流主要是由隧道电流引起的。随着反向电压的增加，暗电流的主要成分从陷阱辅助隧穿电流转变为直接带间隧穿。跃迁电压与陷阱能级和导带之间的能级差呈正相关。结果可以通过对不同结构参数的重要性进行排序，为提高中波长红外 APD 探测器的性能提供指导。跃迁电压与陷阱能级和导带之间的能级差呈正相关。结果可以通过对不同结构参数的重要性进行排序，为提高中波长红外 APD 探测器的性能提供指导。跃迁电压与陷阱能级和导带之间的能级差呈正相关。结果可以通过对不同结构参数的重要性进行排序，为提高中波长红外 APD 探测器的性能提供指导。