$Hg{1-x}Cd_xTe$ 적외선 다이오드의 전류 및 동저항 특성에 대한 모델링의 결과, 조성 x=0.2 내지 x=0.3의 $Hg{1-x}Cd_xTe$ 다이오드에서 중요한 암전류 메커니즘과 빛에 의한 동저항 특성의 변화에 대하여 알 수 있었다. HgCdTe 적외선 다이오드의 zero-bias 동저항 $R_oA$는 광전압형 적외선 탐지기에서 매우 중요한 성능 지수로서 그 값이 어떤 요소들에 의해서 정해지는가를 밝혔다.
저온에서 동작하는 HgCdTe 다이오드에서 중요한 암전류 메커니즘에는 확산 전류, 열 생성 전류, 밴드간 터널링 전류, 트랩을 통한 전류 등이 있다. 그 중에도 트랩을 통한 전류는 HgCdTe 다이오드의 역방향 과잉 전류 특성을 설명하는 가장 중요한 전류 성분으로서 여러 관련 논문에서 다루어왔었다. 이 학위 논문에서는 Poole-Frenkel 효과를 도입하여 훨씬 효과적이고도 간단한 트랩 터널링 전류 모델을 제안하였다. Poole-Frenkel 효과로부터 SRH 재결합 센터의 운반자 방출 확률이 공핍층 전계에 의한 방출 장벽의 완화 효과 때문에 크게 증가할 것을 예측할 수 있다. 그리고, 트랩에서의 터널링 현상을 SRH 재결합 센터에서의 운반자 방출 현상으로 이해함으로써, 재결합 센터에서의 운반자 생성이 전자 및 정공의 열 방출과 함께 터널링 방출 현상에 의해서도 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 가벼운 가전자대의 정공에 대해서도 터널링 현상을 도입하면 SRH 재결합 센터를 통한 운반자 생성에 대한 새로운 운반자 수명을 정의할 수 있다. 이 운반자 수명은 Poole-Frenkel 효과와 터널링 효과가 도두 포함된 수명이다. Phonon 결합 터널링도 고찰해 보았으나 최종 모델에서는 배제되었다. 새로운 모델을 측정되는 다이오드의 $R_oA$-1/T 곡선의 특성들을 잘 설명하고 있다. 즉, $R_oA$-1/T 곡선의 기울기가 확산 전류나 열 생성 전류의 기울기와는 달리 더 낮은 기울기를 갖고 있는 것이나 공핍층의 운반자 수명이 중성 영역의 운반자 수명보다 훨씬 작은 것 등이 Poole-Frenkel 효과와 함께 제안된 트랩 터널링 전류 모델에 의해 잘 이해되고 있다. 낮은 온도에서의 전류-전압 특성이나 역방향 전압에서의 동저항의 온도에 따른 변화 등에 대해서도 모델과 측정 결과를 비교하여 모델의 신빙성을 보여주었다.
배경 복사가 작으면 트랩 터널링 메커니즘이 다이오드의 동저항 특성을 결정하지만, 복사량이 커지면 다이오드의 $R_oA$는 복사량에 의해 변하게 된다. 정성적으로 이 현상은 인가 전압에 의한 공핍층의 변화로 설명되었었다. 즉, 전압에 의해서 공핍층의 경계가 움직이면, 공핍층의 전체 부피가 변화하게 되고 이에 따라 공핍층에서 광 생성된 운반자 전류량이 변화하게 된다. 또, 중성 영역에서도 확산 영역이 변화하게 되어 확산 전류도 영향을 받는다. 이 학위 논문에서는 이와는 다른 세 번째 빛의 효과를 설명하고 있다. 그것은 광전류에 의해서 공핍층에 소수 운반자 농도가 크게 증가하는 현상이다. 이로 인해 중성 영역의 확산 전류가 영향받아 $R_oA$에 대한 광전류 효과가 나타나는 것이다. 빛을 받고 있을 때의 공핍층과 중성 영역에서의 운반자 농도 분포에 대하여 새로운 모델이 제안되었으며 컴퓨터를 이용한 소자 simulation으로도 증명되었다. 이상의 $R_oA$에 대한 광 효과를 해석적으로 정리하였고 실험과도 잘 일치함을 보였다.
결론적으로, 빛이 입사될 경우와 빛은 완전히 차단된 경우의 HgCdTe 적외선 다이오드의 전류 및 동저항 특성을 설명하는 통합 모델이 이 학위 논문에 기술되었다.
