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Innovationen

Analysis of mid-infrared PBS Photoconductive detector

Dr. Richard Kim

LASER COMPONENTS Detector Group

Titel des Posters:
Use of impedance spectroscopy for failure analysis of mid-infrared PbS photoconductive detector

29. Januar 2025 • 6:00 PM - 8:00 PM PST
Moscone West, Room 2003 (Level 2)

Abstract - Mid-infrared PbS Photoconductive Detector

A polycrystalline PbS thin film grown on quartz substrates using the chemical bath deposition (CBD) method was employed to develop detectors for mid-infrared wavelengths. The typical peak detectivity of the PbS photoconductive detector in this experiment ranges from 1.0 to 3.0x10^11 cm-Hz0.5/W, with a corresponding noise equivalent power from 2.0x10^-12 W/Hz0.5 to 6.5x10^-12 W/Hz0.5 when operated with packing in TO39 cans. With aging, some PbS detectors exhibited instability, characterized by high noise signals, elevated dark resistance, and significantly reduced or absent detection signals. Failure analysis revealed internal packaging issues, resulting in performance degradation due to gas molecule generation, adsorption, and electric field-induced migration phenomenon. However, the damage to detector performance was found to be reversible; annealing could restore original functionality after de-lidding the affected parts. The precise pathways of field failure in PbS detectors remain unclear, necessitating investigation into the underlying mechanisms and root causes. The objectives of this study were to (1) clarify the effects of gas generation and adsorption due to adhesive used for die-attach under nitrogen ambient, (2) gather experimental evidence on the root cause of failure, and (3) develop a failure model for PbS detectors to propose corresponding solutions. Design of experiments (DOEs) with TO39-packaged PbS detectors and evaluation using non-destructive impedance spectroscopy were conducted to elucidate potential root causes of detector failure. Additionally, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), residual gas analysis (RGA), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were employed. Ultimately, this paper introduces impedance spectroscopy as a novel approach to studying PbS detector failure mechanisms, aiming to enhance the stability and reliability of PbS photoconductive detectors.

Infrarot-Detektoren

Von LASER COMPONENTS

PbSe lead selenide infrared detector PB55S1010T2S8L PbSe lead selenide infrared detector PB55S1010T2S8L
PbSe Detektoren

Polykristallines Bleiselenid, PbSe, ist ein Standard-Halbleiterdetektor mit einer Empfindlichkeit zwischen 1 – 5,2 µm.

PbS lead selenide infrared detector PB25S30309S PbS lead selenide infrared detector PB25S30309S
PbS Detektoren

PbS Detektoren detektieren infrarote Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 1 µm – 3,3 µm.

PbS-Detektoren sind kostengünstig und bieten eine hohe Empfindlichkeit. Sie sind die optimale Lösung für großflächige IR-Detektoren.
IG22X250T7 IG22X250T7
InGaAs Fotodioden 500 - 2600 nm

Infrarot-Photodioden (IR) mit hoher Quanteneffizienz

LASER COMPONENTS entwickelt und fertigt für den Nahinfrarot-Spektralbereich (NIR) Photodioden bis 2600 nm.
IA35 Series InAs 900 - 3500 nm IA35 Series InAs 900 - 3500 nm
InAs 900 - 3500 nm

Die auf Heterostrukturen basierenden Fotodioden der Baureihe IA35 sind insbesondere für den Raumtemperaturbetrieb konzipiert.

Differential Pyro Differential Pyro
Pyroelektrischer Detektor mit Differenzverstärker

Pyroelektrische Kristalle erzeugen gleichzeitig positive und negative Ladungsträger – jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Kristalls. 

Bei den pyroelektrischen Detektoren der Serien LD21XX und DD31XX werden beide Kristallseiten getrennt voneinander verstärkt. 
Pyroelektrischer Einkanal-Detektor Pyroelektrischer Einkanal-Detektor
Pyroelektrischer Einkanal-Detektor aus LiTaO3

Pyroelektrische Einkanal-Detektoren aus LiTaO3 sind für den Strombetrieb (CM) verfügbar. Sie werden für die Gasdetektion und Flammendektektion eingesetzt.

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Mehrkanalige LiTaO3 Pyrodetektoren

Unsere mehrkanaligen Pyrodetektoren umfassen 2-Kanaler, 3-Kanaler und 4-Kanal Detektoren.

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Pyroelektrische DLaTGS Detektoren

DLaTGS Detektoren haben den höchsten pyroelektrischen Effekt und werden meist für FTIR Anwendungen eingesetzt.

Deuteriertes L-Alanin dotiertes Triglycinsulfat als Detektormaterial hat den höchsten bekannten pyroelektrischen Effekt. Pyrodetektoren Aus DLaTGS werden hauptsächlich für FTIR Anwendungen eingesetzt.
ALUT3151X1300-k2 ALUT3151X1300-k2
Innovative LTO Infrarot­-Detektoren

Innovative Einkanal-Detektoren für FTIR-Instrumenten im Spannungsbetrieb (VM).

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Der Filter macht den Unterschied. Thermische Detektoren sind naturgemäß polychromatisch. Um ein bestimmtes Gas/eine Wellenlänge zu detektieren, wird ein passender Filter benötigt.

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Uwe Asmus
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