Modelagem de corrente de escuro em dispositivos fotodetectores baseados em poços quânticos - Diogo de Moura Pedroso (2015)
Os princípios básicos de detecção de radiação na faixa do infravermelho e o funcionamento geral de dispositivos fotodetectores QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetectors) são apresentados, juntamente com uma descrição geral de modelos de cálculo de corrente de escuro existentes na literatura. A corrente de escuro é a corrente medida em um QWIP na situação em que não há fótons incidentes no dispositivo. A magnitude de tal corrente é um importante parâmetro de caracterização, uma vez que influencia diretamente na detectividade do dispositivo. Neste trabalho, é apresentado um modelo adequado ao cálculo da corrente de escuro em dispositivos QWIPs operando a temperaturas nas quais o mecanismo dominante de geração de portadores é a excitação térmica, em um regime denominado termiônico. O modelo proposto, denominado ETBM (Ehrenfest Theorem Based Model), apresenta como principal vantagem a não dependência com parâmetros empíricos tipicamente utilizados na literatura, tais como: mobilidade, velocidade de saturação, probabilidade de captura, dentre outros. O equacionamento geral do modelo é obtido por meio de dois formalismos distintos. No primeiro, o operador quântico de momento linear é utilizado para obter a velocidade de portadores acima das barreiras, e no segundo, utiliza-se uma descrição quântica utilizando o operador densidade de corrente. As funções de onda são calculadas considerando aproximação de não-parabolicidade e energias de gap dependentes de temperatura. Os resultados teóricos são comparados a dados experimentais de amostras QWIPs com perfis convencionais e não-convencionais constituídos de InAlAs/InGaAs e AlGaAs/GaAs, verificando-se um bom acordo entre os resultados teóricos e as curvas experimentais. Um exemplo de projeto de QWIP não-convencional, com foco somente no cálculo da corrente de escuro, é elaborado com o auxílio do ETBM. Os resultados teóricos da amostra projetada indicam redução da corrente de escuro e aumento da seletividade em relação a um QWIP de perfil convencional.