Preliminary results of an analytical model to determine the internal quantum efficiency of a predictable quantum efficient detector

• Autores: E. Borreguero, Alejandro Ferrero Turrión, C. K. Tang, J. Gran, Alicia Pons Aglio, Joaquín Campos Acosta, María Luisa Hernanz Sanjuan
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 50, Nº. 4, 2017, págs. 401-409
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Resultados preliminares de un modelo analítico para la determinación de la eficiencia cuántica interna de un detector cuántico, eficiente y predecible
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Los detectores de eficiencia cuántica predecible (PQED) han demostrado su potencial para llegar a desarrollar un patrón primario de flujo radiante, basado en el efecto fotoeléctrico del silicio como material semiconductor. Hasta ahora, la eficiencia cuántica interna (IQE) de un radiómetro PQED se determina, a partir de parámetros de diseño y montaje de los dos fotodiodos que lo constituyen, mediante programas de simulación de dispositivos semiconductores. Este trabajo presenta como alternativa un modelo analítico, basado en el estudio de la fotocorriente de Ferrero et al., que considera las distintas regiones internas del fotodiodo y las características del haz incidente. La IQE aumenta con el voltaje de polarización inversa aplicado al PQED y el tiempo de vida de los portadores de carga, mientras que disminuye al aumentar la velocidad de recombinación de superficie y la concentración de impurezas dopantes en el sustrato. Los resultados de IQE obtenidos con el modelo y las simulaciones son similares para longitudes de onda entre 400 nm y 700 nm. Además, el modelo analítico predice un aumento de la IQE con la irradiancia a partir de ciertos niveles, consecuencia de la aparición de suprarresponsividad en los fotodiodos.

  • English

    The potential of predictable quantum efficient detectors (PQEDs) as optical radiant power primary standard, based on photoelectric effect in silicon semiconductor, has been proved. Until now, the internal quantum efficiency (IQE) of a PQED is only predicted, from the design and setup parameters of the two photodiodes of this radiometer, by means of simulation software for semiconductor devices. This work presents, as alternative method, an analytical model based on Ferrero et al. photocurrent analysis, which considers the different internal regions of the photodiode and the characteristics of the incident beam. The IQE grows with the reverse bias voltage applied to the photodiodes and the lifetime of the charge carriers in the bulk, while IQE decreases when the surface recombination velocity and the doping concentration of the substrate are increased. The IQE results of the analytical model are similar to simulations for wavelengths between 400 nm and 700 nm. Moreover, the analytical model predicts an increase of the IQE with the irradiance, at certain levels of optical power due to the supra-responsivity of the photodiode.