第二章 原理（Principle）
2.3 光檢測器之電流機制 (6)
矽量子點光檢測器之電流機制涵蓋有光電流（photo current）、暗電 流（dark current）、雜訊電流。
2.3.1 光電流（photo current）
光電流（photo current）的產生為光檢測器位於本質層(例如:矽量子 點、矽量子井……等)中處於價電帶(Ev)之電子於吸收入射光之光子
（photon）能量後，進而躍遷至導電帶(Ec)後，因為受到元件本質層中
之內建電場所影響，而導致所產生之電子電洞對分離，並且使得電子飄 移至n-type以及電洞飄移至p-type，最後在外部電路形成電流，也就是光 電流，這也為光檢測器所想要量測到的最主要訊號電流，如圖2-3-1所示。
因此，我們希望所得到之光電流越大越好。而提高光電流的方式很多，
如增加量子點之密度、提高量子點中電子之摻雜濃度、增加量子點之層 數、改善量子點之結構，讓量子點之束縛效應更佳等。而在這些提高光 電流的機制中，另一個負面之效應就是暗電流也將增加。因此，於光電 流與暗電流之間，藉由增加量子點之層數條件，於兩者之間取得一個平 衡之後，雖然暗電流有稍微增加，但是光電流卻提高了許多，相對之下，
還是提昇了元件之偵測度與操作溫度的整體表現。
圖2-3-1 為由光檢測器所產生之光電流機制
2.3.2 暗電流（dark current）
暗電流（dark current）為當光偵測器於無任何光源之下，於不同溫 度不同電壓之操作環境，必將產生之電流值。也就是於無光照射之情況 下，因溫度導致載子活動而產生不需要之電流，故有一個非常小的逆向 飽和電流，此暗電流將會造成系統雜訊的產生以及使得光電流不穩定。
因此當暗電流太大時，將使得所伴隨著的雜訊電流變得更大，使得元件 之訊號對雜訊的比變差。
然而暗電流於量子點檢測器中為一個很重要之物理機制，而分析暗 電流之來源有三個部分，如圖2-3-2所示：（a）有一部份之電流是不經 過量子點，而直接從能障的部份越過，（b）另一部份則為經由量子點 而來。由量子點產生之機制包含了熱激發( thermionic emission )、熱助穿 遂( thermally assisted tunneling )，以及直接穿隧( direct tunneling )等效應。
如圖2-3-2 所示。熱激發為量子點內之載子經由熱能用以提供能量，從 而激發至能障( barrier ) 之頂端，形成漏電流(leakage current)之來源；熱 助穿隧則為量子點內之載子經由熱能提供能量，從而激發至能障頂端的 下方部份，然後再藉由能障的三角形部份穿隧而得。以上兩種暗電流機 制，應該比量子井結構之檢測器要來的小。最後，直接穿隧則為量子點 內之載子，直接穿隧至鄰近之量子點內，我們可藉由加大能障之寬度，
即可抑制此種效應。
圖2-3-2 為由量子點所產生之暗電流機制
2.3.3 雜訊電流（noise current）
雜訊電流（noise current）相當於暗電流之交流成分（AC）。當暗電 流在流經量子點時，將因為熱雜訊與電子電洞對之產生與復合等機制，
產生額外之雜訊電流。當雜訊電流過大時，在相同之光響應之下，則訊 號對雜訊的比（signal to noise ratio : S / N）就將變差，即其偵測度
（Detectivity）降低。