衬底剥离的量子阱红外探测器研究(英文)

对用MBE生长的GaAs/A lGaAs量子阱材料进行了衬底剥离,在此基础上制备了单元器件并测量了器件的黑体响应率以及光电流响应.实验解决了衬底剥离及器件制备中的工艺问题,研究了衬底剥离对材料及器件性能的影响以及用这种方法制备器件的可行性.结果表明选择腐蚀法是一种有效的衬底剥离方法,用这种方法得到的多量子阱薄膜材料仍具有较好的红外探测性能,为进一步实验提供了依据.

重离子在半导体器件中引起的单粒子效应

重离子引起的单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一 ,利用加速器进行地面模拟是研究单粒子效应的重要手段 .概述了单粒子效应研究的历史和现状 ,讨论了单粒子效应研究的基本方法 ,最后简要介绍了在兰州重离子加速器上已开展的单粒子效应研究工作 .

用^(12)C离子模拟质子引起的单粒子效应

在理论分析的基础上 ,提出了一种利用兰州重离子加速器提供的高能 12 C离子模拟质子引起单粒子效应的途径 .在保证核反应机制是引起单粒子效应主要机制的前提下 ,用高能 12 C离子可以模拟质子在功率金属 -氧化物 -半导体场效应晶体管中引起的单粒子烧毁以及单粒子栅极击穿 ,获得质子单粒子效应的饱和截面 ,定性研究质子单粒子效应的角度效应 ,还可以作为高能质子单粒子效应实验前的预备实验 .该方法拓展了兰州重离子加速器加速的轻的重离子在单粒子效应实验研究方面的应用 。

基于半导体集成电路辐射效应的空间辐射环境探测器

空间辐射环境能够引起半导体集成电路发生的总剂量效应、单粒子效应等辐射效应 ,可以被用来进行空间辐射环境监测。在一定条件下 ,基于此原理的探测器具有常规的面垒型探测器以及 PIN型探测器等所不具备的优点。尤其适合航天器舱内带电离子探测和用于航天医学的个人辐射剂量探测。介绍了三种基于半导体器件辐射效应的探测器。

长波双色Al_xGa_(1-x)As/GaAs量子阱红外探测器的研制

介绍了长波双色AlxGa1-xAs/GaAs多量子阱红外探测器单元的设计、制作和测试。器件光敏面面积为300μm×300μm,光吸收峰值波长分别为10.8、11.6μm;采用垂直入射光耦合的工作模式,65K温度2V偏压下,两个多量子阱区的暗电流分别为4.23×10-6、4.19×10-6A;黑体探测率分别为1.5×109、6.7×109cm.Hz1/2/W;响应率分别为0.063、0.282A/W。GaAs基量子阱红外探测器(QWIP)材料生长和加工工艺成熟、大面积均匀性好、成本低、不同波段之间的光学串音小,使得AlGaAs/GaAsQWIP在制作多色大面阵方面具有明显的优势。

一种可吸收垂直入射光的管状量子阱红外探测器

基于传统的光刻和化学湿法腐蚀工艺,通过卷曲技术,提出一种三维管状量子阱红外探测器.该管状器件相比于未卷曲的平面器件,在垂直入射光照下,展现了优良的暗电流、黑体响应和光电流响应率特性曲线.当工作温度60 K、偏置电压0.45 V时,管状器件峰值响应率为20.6 mA/W,峰值波长3.62μm,最大量子效率2.3%.从几何光学的角度分析了管状器件的垂直光吸收原理,进而揭示了一种特殊的光耦合方式.测试了不同角度入射光照射下的光电流响应率谱.由于微管的近似圆形对称性,器件具有很宽的视角,有助于红外探测系统的设计.

长波QWIP-LED量子阱红外探测器杜瓦研制

在用于封装长波QWIP-LED量子阱探测器的杜瓦研制中,详细阐明了一种用于封装长波QWIP-LED量子阱红外探测器的结构,结构采用侧罩式设计,光信号从红外窗口进入,近红外窗口透出,提出了一种探测器胶接在管座上,管座整体再螺接在冷头的方法,提高探测器的互换性,通过热适配设计,降低低温应力对探测器影响,选择低冷损的TC4材料,降低杜瓦漏热,基本解决了长波QWIP-LED量子阱探测器杜瓦组件的关键技术,性能指标达标,成像效果良好,达到工程封装要求。

金属腔量子阱红外探测器共振波长的角度依赖性

测量了金属腔量子阱红外探测器在斜入射条件下的光电流谱,斜入射条件分为入射面垂直于器件长轴和平行于器件长轴两种情形。从实验和理论上研究了金属腔共振模对入射角度的依赖性。实验结果表明:入射面垂直于器件长轴时,腔模共振波长不随入射角度变化;入射面平行于器件长轴时,腔模共振波长随入射角度变大而向短波移动。测试结果和推导出的共振波长与入射角度的关系式所计算的结果符合的很好。同时也对比、分析了Fabry-Pérot滤光器和等离激元滤光器的透射峰值波长与入射角度的关系,结果表明金属腔量子阱红外探测器具有相对较好的角度稳健性,并且利用三维金属腔的限制作用有望开发出响应波长对入射角度完全不敏感的量子阱红外探测器。

卷曲量子阱红外探测器应力变化及对探测性能的影响

研究了卷曲量子阱红外探测器的应力状态变化及对光电性能的影响,发现拉应力使导带能级上移,压应力则使其下移,且双量子阱结构的卷曲薄膜的能带移动取决于两个量子阱的合应力变化;卷管薄膜可以有效将应力变化转变为应变,从而减小环境温度变化对能带移动的影响,提高红外器件温度稳定性;褶皱薄膜相比于卷管薄膜的量子阱具有较大的压应力,导致其光响应率较低;相同外加偏压下,卷管器件比褶皱器件的电压响应率提高约2.5倍。

卷曲量子阱薄膜中的应变特性

嵌入非对称耦合量子阱(quantum wells)的纳米薄膜经过化学腐蚀后,在应变工程技术下卷曲成三维的管状结构,不同管径的微管其光学特性存在不同的模式,对应两种应变释放:单轴应变释放和双轴应变释放.为研究应变状态之间的内在联系以及影响应变状态的客观因素,实验上用不同浓度的HF酸腐蚀液对纳米薄膜牺牲层进行腐蚀并卷曲成三维管状结构.对微管荧光光谱的测试结果显示,微管的单轴应变释放和双轴应变释放不仅与衬底有关,还与微管卷曲的起始状态有关,在一定条件下两种应变可以相互转换.

Detection Wavelength of Strained InxGa1-xAs/GaAs Very-Long-Wavelength Quantum Well Infrared Photodetectors

Detection wavelength is one of the key performance indices of infrared photodetectors. We study the character of detection wavelength of the strained InxGa1-xAs/GaAs very-long-wavelength （〉 12 μm） quantum well infrared photodetectors （VLW-QWIPs） characterized by the photoluminescence （PL） and photocurrent （PC） measurements. Based on the theoretical calculation and experimental data, we have built a practical model for the Inx Ga1-xAs/GaAs strained VLW-QWIPs, from which the interband transitions, intersubband transition and peak detection wavelength can be determined. Afterwards, the dependences of detection wavelength and device operation mode on the In mole fraction and InxGa1-xAs well width are presented, which will be helpful for device design and optimization.

红外-近红外波长变换器件p-QWIP-LED研究

报道了一种基于p型量子阱红外探测器(QWIP)和发光二极管(LED)的新型量子阱红外探测器．该器件作为一种p型量子阱红外探测器(QWIP)和发光二极管(LED)的有效集成器件,可以将QWIP探测的长波红外信号经光电转换过程后变成LED在近红外的发光．通过电学直接读出方式和近红外(0．87μm)光强度变化读出方式,从实验上测量了器件的红外响应光谱,设计与制备的器件实现了从长波红外(7．5μm)向近红外(0．87μm)的波长变化．研究结果表明这种红外-近红外波长变换途径有可能导致红外焦平面技术体制的变化．

红外光电子学中的新族--量子阱红外探测器

回顾了近10年基于半导体中量子限制效应红外探测器的进展.主要关注的是二维限制结构,即量子阱结构,形成的区别与传统红外光子探测的子带跃迁机理.在红外光电子领域作为新族的量子阱红外探测器(quantum well infrared photo-detector,QWIP)与最典型的红外探测器代表碲镉汞红外探测器进行了各自特色的分析,包括基本工作机理和材料与器件的制备技术等方面.对于QWIP发展的回顾提升了与碲镉汞红外探测器之间的互补关系.也给出了对于QWIP在未来发展方面的基本趋势.

空穴在动量空间分布对p型量子阱红外探测器响应光谱的影响

通过对p型量子阱红外探测器(QWIP)的自洽计算,得到了量子阱价带的电子结构和器件的光电流谱,并研究了载流子在动量空间分布对p型QWIP光谱响应的影响.计算结果表明,在动量空间不同区域的空穴对器件的光谱响应起着不同作用,从而使得在p型QWIP中,空穴浓度和温度都将影响器件的响应光谱.所得结果合理地解释了实验中器件响应光谱随掺杂浓度和温度的变化.

甚长波量子阱红外探测器的暗电流特性研究

基于载流子在量子结构中的输运理论研究了甚长波量子阱红外探测器(峰值响应波长15μm,量子阱个数大于40)的载流子的输运性质.研究结果表明,在甚长波量子阱红外探测器中,电流密度一般很低,暗电流主要来源于能量高于势垒边的热激发电子.通过薛定谔方程和泊松方程以及电流的连续性方程的自洽求解,发现外加偏压下电子浓度在甚长波器件各量子阱的分布发生较大变化,电场在整个器件结构上呈非均匀分布,靠近发射极层的势垒承担的电压远远高于均匀分布的情形.平带模型假定电压在器件体系上均匀分布,导致小偏压下的理论计算值远远低于实验值.通过自洽计算获得电子浓度及电场强度在整个器件结构上的重新分布,由此获得的暗电流特性很好地解释了实验结果.

256×1甚长波多量子阱红外焦平面线列研制

通过材料设计与制备,甚长波GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的峰值响应波长14.6μm,响应带宽大于2.2μm.256×1焦平面线列采用垂直入射二维光栅耦合工作模式,45K温度下,单元响应率4.28×10-2A/W、单元黑体探测率Db*=5.14×109cm·Hz1/2/W、单元黑体单色探测率Dλ*=4.24×1010cm·Hz1/2/W.通过铟柱与互补式金属-氧化物-半导体读出电路互连得到的甚长波量子阱红外探测器FPA(focal plane array)在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99.22%、平均响应率R=3.485×106V/W、响应率的不均匀性UR=5.83%、平均黑体探测率典型值Db*=2.181×108cm·Hz1/2/W、平均单色探测率Dλ*=8.288×109cm·Hz1/2/W.器件已适合进行室温目标的热像图.

15.14 MeV/u ^(136)Xe离子引起的单粒子效应(英文)

研究了 1 5.1 4MeV/u136 Xe离子在不同批次的 3 2k× 8bits静态存储器中所引起的单粒子效应 .获得了单粒子翻转和单粒子闭锁截面与入射角度的依赖关系 .将单粒子效应截面与灵敏区中沉积的能量相联系 ,而不是线性能量转移(LET)值 .估计了灵敏体积的深度和死层的厚度 .

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中,基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收,结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器,采用周期为3μm,半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%),为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.

利用HIRFL加速的重离子获得半导体器件的σ-LET曲线

表征器件单粒子敏感度的σ-LET 曲线是轨道翻转率预估的重要依据.利用兰州重离子加速器（HIRFL）加速的 35 MeV/u的36Ar离子和 15.14 MeV/u的136Xe离子得到的 32 kbit×8静态存储器（SRAM）IDT71256单粒子翻转的实验数据,用Weibull和Lognormal两种函数拟合获得了完整的σ-LET 曲线,对两种拟合结果的差别进行了讨论,并在拟合参数的基础上估算了地球同步轨道和两条太阳同步轨道辐射环境中IDT71256的翻转率.