磁控溅射法制备非晶碳膜及其光学特性

利用射频磁控溅射法成功制备了类金刚石薄膜，研究了溅射功率和基片温度对所沉积的薄膜的性能的影响．对所制备的类金刚石薄膜用拉曼光谱、紫外光谱进行了表征，所沉积的类金刚石碳薄膜是簇状分布的ＳＰ２ 碳键和网状分布的ＳＰ３ 碳键互相随机交织在一起的非晶结构．还研究了非晶碳膜的光学性质和电学性质，探索了制备各种不同光学带隙的非晶碳膜的工艺条件。

半导体上转换单光子探测技术研究进展

近年来,量子通信技术取得了卓越的进步和发展,而作为接收端的单光子探测器在其通信系统中则起着至关重要的作用.本文聚焦于当前主流的半导体单光子探测器,就其器件原理、工作模式、优势和劣势等方面进行了相关评述.在此基础上,着重介绍了本课题组所提出的一种新型半导体近红外上转换单光子探测技术(USPD)的研究进展.从USPD的器件基本原理、器件结构、性能指标等方面阐述了其优越性和可行性,并给出了USPD最新的空间光耦合实验结果.半导体上转换单光子探测技术的关键特性在于它不是采用InP雪崩层结构实现信号的放大,而是利用成熟的硅单光子雪崩二极管(Si-SPAD)器件来实现信号的放大和采集,从而规避InP结构在暗计数率和后脉冲效应方面的问题. USPD利用半导体材料,通过外加电场将近红外光子上转换为短波近红外或者可见光子,再用商用Si-SPAD进行探测的方法,也为我们提供了一种单光子探测的新思路,打开了另一扇单光子探测的窗口.

太赫兹量子阱探测器性能研究及提高

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_(0.04)Ga_(0.96)As)太赫兹量子阱探测器,并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征,得到峰值响应频率为6.78 THz,背景噪声限制温度为16 K.理论上,首先,考虑多体效应对器件能带结构的影响,计算得峰值响应频率为6.64 THz,考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件,铝组分低,阱宽窄),理论与实验吻合的较好,证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响;然后,对器件的电流电压特性进行研究,计算得到背景噪声限制温度为17.5 K,与实验吻合.太赫兹量子阱探测器较低的工作温度,极大限制了其应用,提出了两种实现高温探测的方法:(1)引入光学汇聚天线,提高器件背景限制温度,计算结果表明当引入增强系数为10~6倍的天线时,其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K);(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用,可实现信号噪声限制模式,从而实现高温探测.计算表明,当激光器功率达到0.003 mW/μm^2,器件的工作温度可达77K.

p-GaAs同质结太赫兹探测器的优化与性能

从提高p-GaAs同质结太赫兹探测器量子效率出发,在考虑温度和偏压等参数的影响后,优化了谐振腔增强的p-GaAs同质结太赫兹探测器的材料及结构参数,使探测器的量子效率提高到了17%.并计算了探测器的响应率、探测率和偏压、温度、光谱频率的关系,得到了最佳工作偏压（10~40 m V）、最佳工作温度（〈8 K）和最大探测率（4.1×10^10cm Hz1/2/W）.而通过施加一对匹配的反射镜来构造谐振腔的设计,所能获得的极限量子效率为26%,极限探测率和响应率分别为5.7×10^10cm Hz1/2/W、25.9 A/W.

InGaAs焦平面探测器电串音性能的研究（英文）

串音与焦平面阵列(FPA)的灵敏度和分辨率密切相关.用模拟的方法定量地计算了In_(0.53) Ga_(0.47)As/InP探测器焦平面阵列的电串音随光波波长、入射方向和台面的刻蚀深度的变化情况.结果显示台面结构的器件的串音抑制性能比平面结构的要好.明显地发现短波长的光串音较小,正照射的串音比背照射要小,这是由材料吸收深度和异质结耗尽层宽度的影响造成的.另外,当台面的刻蚀深度穿透吸收层厚度时,其电串扰几乎完全被抑制.研究结果提出了相应的InGaAs FPA的低串音设计.

一种新型的用于红外灵敏探测的低背景光谱仪（英文）

提出了一种新型的基于反射光栅干涉仪的低背景光谱仪,当使用工作在背景限制条件下的探测器时,降低背景噪声,有利于提高光谱仪系统的探测率,进而可提高光谱仪的信噪比.由于理想反射镜发射率为零,故其干涉仪组件无黑体辐射.因此,基于低温光源、低温探测器和光栅干涉仪的光谱仪,其探测到的背景辐射大幅降低.进而得到低背景下的探测率实现灵敏探测.理论分析表明随背景辐射的降低,背景限制条件下探测器的探测率可大幅提高.理想情况下,对工作在背景限制下的碲镉汞探测器,当由300 K的背景辐射降至77 K时,其探测率和相应光谱仪的信噪比可提高三个数量级.另外,与之前报导的低温迈克尔逊光谱仪相比,它结构紧凑且无需对干涉仪降温,易于搭建.该设计对红外灵敏探测有重要意义.

基片掺杂与热氧化SiO_2薄膜驻极体的电荷贮存特性

运用干－湿－干高温热氧化工艺，在4种不同掺杂类型的单晶硅基片上，制备成功非晶态SiO2薄膜驻极体。恒栅压电晕充电、等温表面电位衰减及热刺激放电（TSD）实验表明，不同类型基片的SiO2薄膜其电荷动态特性差异较大，基片的掺杂成份和掺杂浓度直接影响其上二氧化硅驻极体的性能，电荷储存稳定性随着掺杂浓度的增大而有所下降，TSD放电电流峰的形状与位置也会随着掺杂成份和浓度的变化而改变。分析表明，造成这一现象的原因在于：掺杂成份在热氧化时通过扩散从基片进入SiO2薄膜，改变了其内部微观网络结构，进而影响其电荷贮存特性。这一点为进一步探索SiO2薄膜驻极体的电荷贮存机制提供了有益的启示。

非晶碳膜及掺氮非晶碳膜的制备及光学性质的比较

用射频磁控溅射法成功地制备了非晶碳薄膜及掺氮非晶碳薄膜。拉曼光谱表征表明所沉积的非晶碳薄膜是非晶结构，具有类金刚石特性。对所制备的掺氮非晶碳薄膜用光电子能谱和红外光谱进行了表征。同时还研究了两种薄膜的光学性质，为该类薄膜的实际应用提供了可靠的实验依据。

半导体远红外反射镜中反射率和相位研究

以GaAs材料为例,研究了半导体远红外反射镜中的反射率和相位.通过拟合不同掺杂浓度下样品的远红外反射谱,得到了自由载流子的弛豫时间随掺杂浓度变化的经验公式,并把该规律应用到数值计算中.详细讨论了反射镜的结构和材料参数对反射率R和相位φ的影响.根据腔体内吸收率最高的判据得到了最优的反射镜的参数,并计算了这种优化后的反射镜的波长选择特性.最后,通过远红外反射光谱的测量,从实验上验证了这种反射镜的实际效果.所得结论为半导体远红外器件中的反射镜设计提供了参考.