基于电介质超材料的中红外超窄带吸波器

电介质超材料因具有极低欧姆损耗受到广泛关注.提出一种基于电介质超材料的中红外超窄带吸波器,该吸波器由顶层电介质微结构、中间层电介质膜和基底金属构成.研究结果表明:该吸波器在中红外波段存在带宽为2.40nm的吸收峰;电场主要分布于顶层硅微结构之间的间隙,导致吸收损耗功率显著降低,进而实现吸收带宽压缩;作为传感器时,在中红外波段该吸波器的品质因数可达80.可见,该吸波器可应用于中红外热辐射光源和高性能传感器.

大幅宽多谱段高光谱红外探测器研究

报道了基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride,MCT)技术的大幅宽、多谱段、大像元高光谱红外探测器的最新研究进展。采用MBE技术制备出高质量MCT材料;采用成熟的n-on-p技术路线制备探测芯片,并针对特殊形状的大像元进行了优化;高光谱专用读出电路设计针对短波、窄谱段、小信号等典型特征进行了优化,并针对光谱应用加入行增益可调等功能设计。测试结果表明,组件基本性能良好,有效像元率大于99.5%,平均量子效率优于70%。

涂料助剂对PDMS改性环氧树脂/Al复合涂层性能的影响

为进一步降低超疏水低红外发射率复合涂层的发射率并提高涂层的附着力,采用分散剂和硅烷偶联剂KH560来改善聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂/Al复合涂层的填料分散状态及界面结构。系统研究了分散剂添加量(质量分数)及KH560添加量(质量分数)对涂层微结构、光学性能、疏水性能及附着力的影响规律。结果表明:聚羧酸盐阴离子型分散剂可通过静电斥力和降低填料颗粒的表面能来改善涂层中片状Al粉和纳米SiO_(2)的分散状态,从而在一定程度上降低涂层的红外发射率,同时可使涂层具备较低的光泽度和良好的超疏水性能。KH560可利用其分子结构两端的甲氧基和环氧基在涂层中发挥桥连作用。通过KH560的桥连作用,涂层中的树脂基体和填料间可形成良好的化学键结合,从而使涂层表面结构更加致密,孔隙减少,进而可使涂层的发射率有所降低。同时,KH560改性可使涂层中的树脂基体与金属基板间形成化学键结合,从而可明显提高涂层的附着力。当涂层中分散剂和KH560的添加量分别为5%和3%时,涂层具有最佳的发射率(0.619)、光泽度(2.9)及附着力(1级)。同时,涂层具备良好的超疏水性能(水接触角为154°,滚动角为6°)。

褐土色低红外发射率涂层的制备及性能研究

以环氧树脂为黏合剂,片状Cu粉为功能颜料,石墨烯和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为界面结构改性剂,制备得到了一种具有良好综合性能的褐土色低红外发射率涂层。系统研究了片状Cu粉添加量(质量分数)、石墨烯添加量(质量分数)及DOP添加量(质量分数)对涂层微结构、发射率、光泽度及力学性能的影响规律。结果表明:合适的片状Cu粉添加量可以构建出表面结构规整、颜料分散均匀、片状Cu粉定向与涂层表面平行的微观结构,从而使涂层实现较低的发射率性能。石墨烯改性可提高涂层的致密度,减少由树脂填充的空隙,从而可进一步降低涂层的发射率。黑色石墨烯改性可明显强化涂层对可见光的吸收作用,从而降低涂层的光泽度。另外,利用石墨烯固有的高强度及高韧性特点,可改善涂层的柔韧性和耐冲击强度。DOP可通过减弱环氧树脂分子间作用力和增强分子链的移动性来提高涂层的塑性和韧性,从而可明显改善涂层的柔韧性和耐冲击强度。当涂层中片状Cu粉、石墨烯和DOP的添加量分别为40%、8%和7%时,所制备的褐土色涂层具有最佳的发射率(0.222)、光泽度(20.4)、附着力(1级)、柔韧性(2mm)及耐冲击强度(50kg·cm)性能。

改进碲镉汞液相外延方法原位生长正组分梯度薄膜材料

研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响,建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率,生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜,通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比,这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线,且具有较高的晶体质量,其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。

高质量碲镉汞双层异质结材料制备

本文重点介绍了富汞垂直液相外延技术,在对该技术进行研究时,提出了一种温场优化方法和一种生长方法来提升材料质量和工艺稳定性。最后介绍基于双层异质结材料采用台面结器件加工等碲镉汞探测器组件制备方法,制备中波、长波和甚长波碲镉汞探测器组件的进展情况。

低发射率兼低光泽颜填料Al-Sr10的制备及其消光机理研究

为了探究Al-Sr10具有低光泽属性的本质,对该材料进行X射线衍射、X射线能量色散谱、面扫元素分析、8~14μm红外发射率、光泽度及400~760 nm可见光反射率测试。并采用高能球磨法制备该颜填料,通过扫描电子显微镜等手段探究Al-Sr10颜填料的组分、形态和光学性能随球磨时间的变化。结果表明,Al-Sr10表面易氧化形成灰黑色氧化锶,以及固溶体中的锶元素产生等离激元效应共同作用导致材料消光;Al-Sr10颜填料的物相不会随球磨时间变化,在一定时间内,材料的片状化程度、发射率和光泽度性能随时间的延长得到改善,其中球磨15 h后的颜填料其片状化程度高,发射率低至0.123,光泽度低至3.8。

碲镉汞红外探测器离子束刻蚀研究

电极成型技术是红外焦平面探测器的重要组成部分,离子束刻蚀技术由于具有高各向异性和高分辨率等诸多优点,适用于制备低损伤、高均匀性以及可生产性的电极体系。本文采用离子束刻蚀制备了平面型、台面型器件的电极结构,通过FIB和SEM表征了不同刻蚀条件下的电极形貌和结构,研究了不同刻蚀角度、能量以及热处理对碲镉汞红外探测器的影响。结果表明,离子束刻蚀技术具有侧边平滑、均匀性高、稳定性强以及工艺重复性好等诸多优点。另外,离子束刻蚀可以实现台面结器件的电极隔离,但台面侧壁存在一定金属电极残留,需要进一步优化台面形貌和刻蚀角度。在热处理对刻蚀的影响上,低能量刻蚀形成的晶格损伤,经过高温可以修复;高能量刻蚀将同时造成晶格损伤和电学损伤,热处理只能一定程度上改善pn结性能,电学损伤将在刻蚀后表面形成严重的漏电效应,降低了探测器的品质因子R_(0)A。

CsCl对Ge_(20)Sb_(10)Se_(65)Te_(5)玻璃结构与性能的影响

CsCl是制备硫系微晶玻璃最常用的形核剂,本文在Ge_(20)Sb_(10)Se_(65)Te_(5)玻璃中添加不同含量的CsCl,通过不同的冷却方式制备玻璃试样,使用X射线衍射、红外透过光谱、差示扫描量热分析、热膨胀、拉曼光谱等测试方法,研究CsCl对Ge_(20)Sb_(10)Se_(65)Te_(5)玻璃结构与性能的影响。结果表明:通过盐浴冷却制备的(100-x)Ge_(20)Sb_(10)Se_(65)Te_(5-x)CsCl(x%=0%,1%,2%,3%,4%,质量分数)玻璃是典型的非晶态结构,并具有良好的红外透过性能;在Ge_(20)Sb_(10)Se_(65)Te_(5)玻璃中加入CsCl后,玻璃的长波截止波长没有明显的变化,平均线性膨胀系数明显增大,随着CsCl含量的增加,玻璃的密度、显微维氏硬度、开始析晶温度、析晶峰温度、屈服点和软化点都逐渐减小,玻璃的热稳定性能降低;随着CsCl含量的增加,玻璃中Sb—Se键的含量减少,玻璃结构堆积紧密程度降低,这也是玻璃密度和显微维氏硬度降低的原因。

低红外发射率环氧树脂/黄铜复合涂层的制备及性能研究

以环氧树脂为粘合剂,片状黄铜粉为功能颜料,硅烷偶联剂为界面改性剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为增塑剂,采用玻璃棒刮涂法制备了具有良好力学性能、光学性能和耐盐水性能的低红外发射率环氧树脂/黄铜复合涂层,研究了黄铜粉添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量及DOP添加量对涂层性能的影响。结果表明:黄铜粉添加量的增加会使涂层的红外发射率和光泽度明显降低,当黄铜粉添加量为50%(质量分数)时,复合涂层具有最低的红外发射率(0.585)和光泽度(21.9)。在涂层配方中引入硅烷偶联剂KH570和DOP,可增强树脂基体与颜料间的结合强度及改善环氧树脂基体的韧性,从而显著提高复合涂层的力学性能。当复合涂层中KH570和DOP添加量均为7%(质量分数)时,复合涂层具有较低红外发射率(0.468)、较低光泽度(21.5)和优异的力学性能(附着力为1级,柔韧性为2mm,冲击强度为50kg·cm)。采用最佳配方制备的复合涂层在盐水中浸泡21d后,涂层的红外发射率和光泽度基本稳定,力学性能变化有限,表明制备的复合涂层具有良好的耐盐水性能。

低光泽兼IRLEC的制备及其颜填料Al-Sr10最佳含量的模拟

为了模拟Al-Sr10基低光泽兼低发射率涂层的最佳颜填料含量,以一维晶体结构理论为指导,并结合红外涂层的微观形貌特征,总结了一种用于确定涂层填料最佳含量的分析方法。并采用模拟计算和实验验证的方式对该类方法的可行性进行了研究,同时以纯铝基涂层为对照组,探究了Al-Sr10基涂层的发射率及光泽度性能,结果表明:计算所得最佳Al-Sr10含量与模拟值一致;Al-Sr10基涂层相比于纯铝基涂层具有更好的红外低发射率兼低光泽性能。

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破Φ135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD)<1×10^(4)cm^(-2),具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×10^(4)cm^(-2),具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20~40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm^(-2);碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。

碲锌镉晶片的X射线貌相研究

X射线貌相测试是一种针对样品晶体结构完整性的非破坏性检测手段。通过高分辨率数字式X射线形貌仪对碲锌镉(111)晶片表层进行貌相测试,通过缺陷形式及密度来评价碲锌镉晶体质量。经过大量数据分析统计出5种常见于碲锌镉晶体中的缺陷:划痕、空洞、小角晶界、孪晶和杂晶。结合具体工艺阐述和分析了5类缺陷的形成原因,并针对碲锌镉晶体生长和加工工艺提出了建设性意见。这有利于获取高质量衬底材料,进而提升外延碲镉汞膜的质量。

光子晶体红外光谱特性调控及应用研究进展

光子晶体结构所具有的光子带隙和光子局域特性使得处在带隙内的电磁波无法传播,为实现目标红外隐身提供了重要手段。结合光子晶体的结构和工艺特性,总结了现有光子晶体红外光谱特性调控机理、调控设计方法和材料类型,包括周期结构优化、化合物材料、金属材料、等离子和超导材料等引入在光子晶体红外带隙调控方面的应用,并对光子晶体的未来发展进行了展望,以期对光子晶体在带隙调控和目标隐身等需求提供借鉴。

锑化铟单晶材料研究进展

锑化铟(InSb)材料因其特殊性质,是一种重要的中波红外探测、霍尔元件材料。本文总结了InSb材料的需求现状以及国内外主流InSb材料厂商的研究进展,重点介绍了中国电子科技集团公司第十一研究所在InSb材料方面的最新研究进展。最后,本文提出了InSb材料未来发展趋势。

纳米金属粒子梯度掺杂的硅基近红外吸收增强结构

硅基光电子与CMOS工艺兼容,借助成熟的微电子加工工艺平台可以实现大规模批量生产,具有低成本、高集成度、高可靠性的优势。其中,硅基半导体探测器是目前应用最为广泛的可见光波段探测设备,将其工作频段拓展到近红外波段具有重要意义。由于硅的禁带宽度,硅基材料在近红外波段电磁波吸收存在明显限制,硅基探测器在近红外波段的应用受到挑战。根据纳米金属粒子发生局域表面等离子共振时产生的近场增强效应,提出了一种纳米金属粒子梯度掺杂的硅基结构。通过应用等效介质理论,模拟了复合硅基结构在可见光与近红外波段的吸收特性。结果表明:该结构在近红外波段具有电磁波吸收提升效果,并且当选择纳米金粒子梯度递增掺杂时,可以在610~1 450 nm波段提升吸收性能,最高提升可达到10.7 dB。所提出的结构可以有效增强硅基材料在近红外波段的吸收效率,研究结果为硅基半导体探测器在近红外波段的应用提供了重要参考。

高Ge含量Ge-As-Se三元硫系玻璃制备及其性能研究

采用熔融-淬冷技术制备了4种位于传统成玻区域边缘的高Ge含量Ge-As-Se硫系玻璃,研究了极高Ge含量对其成玻能力及机械、热学、光学性能的影响.研究发现,在As含量不变的情况下,随着Ge含量增加,Ge-As-Se体系成玻能力逐渐减弱,其中Ge_(39)As_(16)Se_(45)和Ge_(42)As_(16)Se_(42)样品呈现出完全的非晶态结构,并展现出较高的光学透过率和维氏硬度.然而,当Ge含量进一步增加时,如位于成玻区外的样品Ge_(48)As_(16)Se_(36)和Ge_(51)As_(16)Se_(33),虽然维氏硬度能继续增加,但内部结构出现不同程度的结晶,导致其不再具备良好的光学透过性.结果表明,适当提高Ge含量可在保持良好红外光透性的同时显著提高机械性能,如Ge_(42)As_(16)Se_(42)样品具备45%的红外透过率和239.7 kg·mm^(-2)的维氏硬度,这为获得更高机械强度的硫系玻璃用于红外镜头制备提供了可能.

锌镀层钼酸盐-氟化锆体系钝化工艺研究

采用氟化锆和氟化锆盐组合,加入适量的添加剂,研究成功了一种新的锌镀层无铬钝化工艺,并探讨了钝化液的组分和工艺条件对钝化膜质量的影响,检测分析了钝化膜性能.结果表明:所形成的钝化膜为彩虹色,色泽鲜艳、均匀,耐腐蚀性能好;钝化膜的性能接近铬酸盐钝化膜的性能,而且钝化液不含铬酸盐,对环境污染较小。

大面积光学级金刚石自支撑膜研究进展

大面积光学级金刚石自支撑膜的制备和加工是近年来在CVD金刚石研究领域的最重要的技术进展之一。综述了北京科技大学近年来在CVD金刚石膜光学应用领域的研究进展。给出了采用高功率直流电弧等离子体喷射 (DCArcPlasmaJet)CVD工艺制备大面积光学级金刚石自支撑膜的研究结果 ,并报道了对所制备的光学级金刚石自支撑膜的光学、力学 (机械 )、热学和微波介电性能的最新研究结果。

少模液芯光子晶体光纤中飞秒脉冲的演化研究

本文旨在研究少模光纤中飞秒脉冲的传输与演化特性。提出了一种高非线性少模甲苯液芯光子晶体光纤(Toluene Liquid-Core Photonic Crystal Fiber,TLC-PCF)。泵浦波长处的非线性系数约为42 W^(-1)·km^(-1)。采用多模广义非线性薛定谔方程(Multimode Generalized Nonlinear Schr9dinger Equation,MM-GNLSE)对飞秒脉冲的传输与演化进行了建模和求解。对比了不同峰值功率(1 kW、10 kW、50 kW)的能量转移特性。当中心波长为2000 nm、峰值功率为50 kW、脉宽为200 fs的高斯脉冲在30 cm长的TLC-PCF中传输时,得到1980~2500 nm的超连续谱输出,能量转移在0.02 m处首次到达平衡点。数值结果表明,当一个模式被激发时,其简并模式会发生能量转移,且四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)负责TLC-PCF中模式间的能量转移。本文创新性地采用MM-GNLSE理论分析具有慢非线性的少模液芯光子晶体光纤中的模式耦合、超连续谱产生(Supercontinuum Generation,SCG)以及能量转移特性。