毫秒激光对位置敏感探测器的损伤效应研究(2)
3.2 数值模拟结果 13
3.3 小结 13
4 半导体数值模拟 15
4.1 半导体物理场 15
4.2 数值模拟结果 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 引言
1.1 研究的目的和意义
在激光和其应用系统中，光电位敏探测器是其中不可缺失的重要一环[1]。但是光电位敏探测器在受到毫秒激光辐照射时，会产生各种光学、力学、热学效应，同样包括发生物理和化学变化的光电位敏探测器对入射激光束的反作用，导致光电位敏探测器遭到损坏，进而对探测器产生不利的影响。
在激光辐照PIN型光电位敏探测器过程中，根据实验的结果，可判断出该过程中会产生光学效应、热学效应和力学效应，而毫秒激光作为长脉冲激光，作用时间长、功率密度低，表现为主要产生热学效应，并造成相应的力学破坏。先是PIN型光电位敏探测器表面材料吸收激光能量，导致器件温度上升，到达熔点时，材料由固态逐渐向液态转化，产生热熔融相变。由于热传导的存在，随着温度的上升，开始出现温度梯度并且逐渐增大，热应力也因温度梯度的存在而产生。当激光辐照PIN型光电位敏探测器内产生不均匀的热应力分布，并且超出材料的极限时，便会对PIN型光电位敏探测器产生永久性的损坏。
光电位敏传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电传感器件，光点落在光敏面上的位置关系到输出信号的大小。它体积较小、灵敏度较高、光谱响应范围广、可以同时检测到位置和光点光强。
追寻着科技发展的脚步，光电位敏传感器不在仅仅局限于实验室中，在现实的应用更加广泛，例如在光学通信、商品的条形码读取器等许多方面[2]，都起着不可替代的重要作用。研究激光对光电位敏传感器的损伤机理，能够延长其使用寿命，从而起到节约实验或应用成本的效果。
1.2 激光与光电位敏探测器相互作用的研究现状
1.2.1 研究概况
激光被称为是二十世纪最重要的四大发明之一，与计算机、半导体、原子能并驾齐驱[3]。自从上世纪第一台激光器问世后，与自发辐射的其它普通光源不同的是，激光是通过受激辐射产生的，具有极高的相干性、光亮度和极好的方向性，在各个行业中都有广泛的应用[4]。正因为如此，激光具备很多其它工具所不具备的优势，使得从事激光应用的行业剧增[5]。因此，激光与物质相互作用的研究也在为更多的人所关注。
1.2.2 国外研究状况
1.2.3 国内研究状况
1.3 本文研究的主要工作
本文利用COMSOL Multiphysics软件首先建立PIN型光电位敏传感器的二文几何模型，通过阅读文献，参考前辈们的建造模型，最终建立起毫秒激光对PIN型光电位敏探测器作用的物理模型，同时给出初始值、各种参数和函数值。
同时在几何模型的基础上增加固体传热、稀物质传递和半导体三大物理场，模拟在毫米激光的辐照情况下的温度场分布，并且在温度场的基础上探讨当光电位敏探测器表面的温度超过光电位敏探测器表面材料的熔点时，即出现硅的热熔融现象时，PN结中P型半导体体内掺杂离子的浓度分布，以及PIN型光电位敏探测器中的暗电流分布和内建电场分布。从而研究毫秒激光对PIN型光电位敏探测器的损伤状况。
2 毫秒激光辐照PIN型光电位敏传感器所产生温度场的数值模拟
2.1 固体传热
2.1.1 固体传热的基本原理
传热是研究能量从一个系统转移到不同温度的其它系统的传递的传递效率的科学[19]。热量的传递方式总共有三种，分别是热传导、对流和辐射[20]。在本文中，主要考虑的是热传导。由日常生活体验可知，温度高的地方的热量会向温度低的地方传递，换句话说，如果在同一地方或同一物体，如果物体体内每点温度不完全相同，则温度高处的点的热量就会向温度低的点处流动，这种现象就是热传导[21]。热传导可通过若干物体直接接触传热，可在固体、液体和气体中进行。在固体中，热传导通过分子的振动和自由电子的运动来传热。