红外探测器比探测率与光学系统工作温度关系研究

针对低温光学系统自身辐射与红外探测器比探测率(D*)的关系,从红外辐射基本理论入手,建立了光学系统工作温度与背景限红外探测器D*之间的关系模型。由此计算出了典型四反光学系统不同工作温度下、不同谱段的背景限红外探测器D*值,综合考虑探测器处于非背景限情况,得出相关曲线;总结出了背景限红外探测器与光学系统工作温度之间关系的几点体会。

低电压倍增型高比探测率蓝光有机光电探测器

选取光电倍增结构探测器,在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)BM)中掺入小比例碳60(C60)作电子陷阱,研究了在陷阱辅助作用下引入阴极空穴隧穿注入产生光电倍增的机理以及C_(60)浓度对器件光电性能的影响.当电子陷阱C60浓度为1.5wt.%时,-0.5V偏压下探测器在波长为455nm、光功率为0.21mW·cm^(-2)光照下外量子效率为436.4%,响应度为1.62A·W^(-1),比探测率为2.21×10^(13) Jones,线性动态范围约为100dB.光照下部分光生电子被活性层中的陷阱俘获,特别是在靠近阴极Al处的电子积累,将诱导阴极空穴隧穿注入,结合利用体异质结探测器低工作电压的优势,可大幅提高光电流,从而获得低工作电压、高比探测率的探测器.

宽光谱高比探测率有机光电探测器

为实现有机光电探测器对三基色(红、绿、蓝)的全响应以及器件性能的改善,研究了在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)活性层中,掺入窄带隙材料(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩)(PBDT-TT-F)实现光谱拓宽以及通过提高阳极修饰层电子注入势垒来降低暗电流,改善探测器性能的方法,研究了PBDT-TT-F掺杂浓度以及修饰层厚度对探测器光电学性能的影响规律.在此基础上,获得了一个覆盖400~750nm波长范围的探测器,并且在低偏压-1V下三基色的线性动态范围和比探测率分别达到了81、80、81dB和2.7×1012、2.0×1012、2.6×1012 Jones.结果表明:在保持原有二相体异质结薄膜的微观形貌和电学特性前提下,掺入13wt.%少量光谱拓宽材料可实现活性层的光谱拓宽.采用合适厚度的三氧化钼(MoO3)层替换原有的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)阳极修饰层,可使探测器的三基色线性动态范围和比探测率大幅提高.该研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路.

HgCdTe光导探测器比探测率的特性分析

从信号和噪声两个方面分析了HgCdTe光导探测器自身温度变化对比探测率D*的影响,并在理论层面上对比探测率的表达式进行了推导。理论分析表明:温度变化影响载流子的浓度和寿命,从而影响信号与噪声的大小,降低探测器的温度可使得探测器的比探测率得到一定程度的提高。通过MATLAB仿真,分析了组分和厚度的变化对Hg_(1-x)Cd_xTe光导器件的截止波长和峰值波长的影响情况,为使HgCdTe光导探测器在工作波段内有较高的探测响应,当探测器工作在某一温度,应选择合适的组分x和厚度d。

高比探测率和高速石墨烯/n-GaAs复合结构的光电探测器

混合结构的石墨烯/半导体光电晶体管因其超高的响应度而备受关注。然而,该类光电晶体管通过源-漏电极测试得到的比探测率(D*)容易受到1/f噪声的限制。本文制备了混合结构的石墨烯/GaAs光电探测器,通过源-栅电极测得D*大约为1.82×10^(11) Jones,与通过源-漏电极测量相比,D*提高了约500倍。这可归因于界面上肖特基势垒对载流子俘获和释放过程的屏蔽作用。此外,探测器的上升时间和下降时间分别是4 ms和37 ms,响应速度相应地提高了2个数量级。该工作为制备高比探测率和高速的光电探测器提供了一种新的思路。

与硅基CMOS兼容且具有超高响应率和比探测率的二维二硒化铂自驱动光电探测器

因二维材料的独特性质及其可调谐的光谱响应,基于二维材料的光电探测器受到广泛关注.然而,它们的性能还不够突出,其制造工艺与硅基互补金属氧化物半导体技术工艺流程的兼容性还需要评估.在本文中,我们报道了一种基于二硒化铂/超薄二氧化硅/硅异质结构的高性能、空气稳定、自驱动、室温宽带光电探测器.该光电探测器表现出超高的响应度(8.06 AW-1)和比探测率(4.78×10^(13)cm Hz^(1/2)W^(-1))、极低的暗电流(0.12 pA)以及优秀的开关比(1.29×10^(9)).在375,532,1342和1550 nm波长处所测的光电流响应度分别为2.12,5.56,18.12和0.65 m AW^(-1).此外,制造的9×9器件阵列不仅展示了该探测器非常好的均匀性和可重复性,而且还显示了其在紫外-可见-近红外照明成像应用领域的潜力.我们设计的二硒化铂/超薄二氧化硅/硅异质结光电探测器极大地抑制了暗电流,提高了二极管的理想因子并增加了界面势垒.因此,它为改善光电探测器性能的设计提供了一种新策略.

DPP基窄带隙聚合物光伏型探测器性能研究

有机/聚合物光探测器以其光谱选择可控、带隙可调、制备工艺简单、易于实现大面积柔性器件等突出优点,一直备受关注。选择结构简单的3,3′-双甲氧基取代的联二噻吩(OT)、3,4-二甲氧基噻吩(O)和3,6-二甲氧基噻并[3,2-b]噻吩(OTT)等寡聚噻吩单元作富电子单元,吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)作缺电子单元,制备系列D-A型窄带隙共轭聚合物POT-DPP,PO-DPP和POTT-DPP,并对聚合物的热稳定性、吸收光谱、聚集状态、能级及其光伏型探测器件的光伏性能、电荷迁移、复合损失过程及比探测率(D*)等进行了系统研究。其中含更大共轭平面的POTT-DPP:PC71BM的光探测器的探测性能最佳,在400 nm和850 nm处的D*分别为1.87×10^(11)Jones和1.67×10^(11)Jones,这主要受益于器件中高且平衡的空穴/电子迁移率,能更好地抑制双分子复合、陷阱辅助复合以及形成更有利的光敏层表面形貌。此项工作证明,通过增大D-A型共轭聚合物主链上的富电子单元的有效共轭面积,可以调节聚合物的带隙,促进探测器件载流子迁移,抑制其复合,从而促进光伏型光探测器件性能的显著提升。

p-GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治异质结紫外光电探测器光电性能

目的通过设计一种新型p-GaN/ZnO(薄膜+纳米线)三明治异质结结构,提高ZnO对紫外光的响应。方法利用化学气相沉积(CVD)方法,在蓝宝石/GaN衬底上生长出纳米线+薄膜交错排列的ZnO,得到具有三明治结构的p-GaN/ZnO材料。通过旋涂Ag纳米线(NWS)、滴银胶为电极,制备三明治结构的异质结紫外(UV)光电探测器。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征物相及形貌;利用光致发光(PL)和拉曼(Raman)光谱分析晶体结晶情况;利用半导体分析测试仪对该三明治异质结UV光电探测器进行光电性能测试,得到其光电性能变化规律。结果该三明治结构光电探测器顶部为ZnO薄膜,中间为ZnONWS与纳米片交错排列分布,底部为GaN。这种二维(2D)/一维(1D)/2D结构使入射光在结构内多次反射和散射,提高了光程长度,进而提高了光吸收。另外,由于p-GaN和n-ZnO形成PN结,在内建电场作用下,可以有效提高光生电子-空穴分离效率。光电性能测试结果表明,在偏压2V、光功率密度520μW/cm^(2)(365nm)条件下,响应度(R)为35.8A/W,上升时间(t_(r))为41.83ms,下降时间(t_(d))为43.21ms,外量子效率(E_(q))为122%,比探测率(D^(*))为1.31×10^(12)cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。结论通过一步CVD法制备新型p-GaN/ZnO纳米线/ZnO薄膜三明治结构UV光电探测器,可以有效提高ZnO对紫外光的响应,为探索新式结构光电探测器提供可能。

宽光谱高探测率聚合物光探测器的研究进展

体异质结聚合物光探测器(PPDs)是一种捕获光信号并将之转化为电信号输出的器件,在实现高灵敏度、可溶液加工、低成本、较快响应速度及大面积全色宽光谱探测方面具有显著优势。比探测率(D*)是PPDs的一项关键性能指标,目前越来越多比探测率超过1012Jones的PPDs见诸报道。要进一步提升PPDs的性能,除了需要性能更加优异的新颖材料,还需要对其工作机理和调控要素进行深入系统的研究。基于近年来PPDs的相关研究和本课题组的研究工作,在此对比探测率超过1012Jones的共轭聚合物电子给体材料、共轭聚合物分子工程学优化、以及器件结构创新的最新成果进行简要综述。

探测信噪比计算方法及原理综述

信噪比在音视频处理、信号传输、目标探测、图像分析等众多应用领域都起着非常重要的作用,不同条件下信噪比的定义方式和计算准则不同。详细阐述了探测信噪比的定义及其原理,将探测信噪比根据光子数、光电子数、比探测率、调制传递函数、电流、电压、灰度、能量等不同形式进行了分类,归纳总结了各种定义中物理量之间的区别与联系,并进行了统一标识。最后指出了不同定义下的信噪比之间没有很好的可比性,强调了提及信噪比时需要同时包含其具体定义和计算方式,并提出了一个总的光电子数形式的探测信噪比表示形式。

理想光子探测器背景探测极限理论的误差分析

对于受背景噪声限制的理想光子探测器,利用普朗克分布函数进行推导,得到了较为精确的比探测率公式,并与传统的近似公式对比,进行了误差分析结果表明传统的近似公式误差量很小。

基于光子噪声研究光子探测器的探测性能

根据红外光子探测器的基本工作原理,分析了光电探测器性能的基本物理机理限制,推导了背景辐射的光子噪声限制下的比探测率。对背景限制下的比探测率随探测器截止波长、背景温度的变化进行了理论计算。对计算结果进行了理论分析,并作出了相应总结。最后提出了提高背景限制下比探测率的方法。

GaN基紫外光电探测器的材料制备及器件优化研究进展

紫外光在各领域应用广泛,制备高性能紫外光电探测器(UV PD)受到研究人员的重视。GaN作为宽禁带半导体材料,具有高电子迁移率、稳定的物理化学性质、高击穿电压、低暗电流和固有可见盲区的特点。GaN基UV PD具有制备工艺简单、体积小无需附加滤光系统、易于与其他材料集成等特点,表现出优异的紫外光探测性能。围绕GaN基UV PD,介绍了GaN材料在制备工艺上的研究进展;详细论述了常见结构GaN基UV PD最新结构的优化对器件性能的影响;介绍了基于表面声波、表面等离激元和场效应晶体管集成的新型GaN基UV PD;最后,对GaN基UV PD的发展趋势进行了展望。

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。

新型热释电单晶材料与红外探测器的研究

主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况,并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料,同时我们发现该类晶体还具有优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10^(-4)cm^(-2).K^(-1),Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005,探测优值达到40.2×10^(-5)Pa^(-1/2),高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料(如LiTaO_3)制作的探测器,其比探测率达到1.07×10~9 cm·Hz^(1/2)/·W^(-1),说明利用该新型弛豫铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。

高温下In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性分析

非冷却热探测器的性能在光谱检测应用中仍需要提高。为了降低热噪声和减小暗电流,实现器件的高温工作性能,本文通过将器件的倍增层和吸收层分离设计后,选用InAlAs作为倍增层材料,利用仿真软件Silvaco-TCAD,详细探究了不同温度对器件暗电流和光响应度的影响规律。结果表明,在高温160~300 K范围内,随着温度的升高,器件的暗电流增大,光响应度呈现先增大后减小的变化。利用公式进一步计算出,-500 mV和300 K时,器件的暗电流密度为0.485 A/cm^(2),1.5μm处的峰值响应度为1.818 A/W,零偏置微分电阻面积为0.053Ω·cm^(2),比探测率为3.26×10^(9) cm·Hz·W。

平面漏斗形微腔集成的高性能长波红外探测器

为实现量子阱红外光探测器件对垂直于阱结构的入射光吸收,减小模式体积,降低暗电流,提高比探测率D^(*),提高红外光探测器件性能,以10.55μm长波红外光为例,利用等离激元微腔与量子阱材料结合,形成F-P共振,增加GaAs/AlGaAs量子阱层的吸收率和器件的响应率。设计了平面漏斗形等离激元微腔集成的量子阱红外探测器(quantum well infrared photodetector,QWIP),使用基于有限元数值仿真方法对其进行分析。结果表明:平面漏斗形等离激元微腔集成的QWIP具有较小的光子模式体积和较高的局域场强,光吸收率维持在81%~89%的情况下,可以使探测材料体积减小38%~50%,获得的D^(*)比一般等离激元微腔集成的QWIP增大10%~15%。

光电探测器

本书作者P.N.J.Dennis,是1986年由Plenum有限出版公司出版发行的多卷丛书之一。本卷主要论述光电探测器,全书共分六章。第一章:前言。第二章:探测器性能。分別论述了探测器的响应度、噪声等效功率和噪声等效辐照度、探测灵敏度、比探测率。

由D~＊求1～3μm红外扫描仪噪声等效反射率差的探讨

本文推导了由Ｄ直接求出１～３μｍ红外扫描仪噪声等效反射率差（ＮＥΔρ）的公式，并尝试进行了验证性计算。

斯特林制冷机的电磁兼容性问题研究

斯特林制冷机的电磁兼容性问题是导致红外凝视相机探测性能下降的一个重要原因。对斯特林制冷机的电磁干扰进行研究,在此基础上进行了电磁兼容性设计,减小了电磁辐射干扰,提高了凝视相机的探测性能,对于红外探测器意义重大。通过制冷机改进之后的图像信噪比验证了设计的成功。