基于GaN探测器的三光成像装置的研发

文章设计了一款基于GaN探测器的三光成像装置,主要应用在电力系统的放电检测。首先介绍了一款紫外探测器——GaN探测器的运行原理,在输电线路巡检中进行紫外检测可以发现电晕放电异常区域和出问题的绝缘子,非常适合发现问题、找到缺陷和提前预警,杜绝安全事故的发生。然后以GaN探测器为核心,设计了紫外、红外、可见光三光成像装置,阐述了三光成像装置的光学方案和硬件和软件部分设计方案。该装置应用在无人机上能让无人机在各种复杂地形、恶劣气候、灾害天气条件下对输电线路的缺陷和隐患进行快速探测。

GaN核辐射探测器的性能研究

GaN作为第3代半导体材料,具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度大、抗辐射能力强等特点。制备了GaN半导体探测器,并应用该探测器对241 Amα粒子能谱进行测量,得到α粒子能谱的能量分辨率约30%。同时,以Si半导体探测器为标准,对GaN探测器进行了能量及探测效率的测量,得到探测器的探测效率最高可达80.1%。最后,应用Keithley 2635静电计对GaN探测器的I-V曲线等进行测试,发现在-15V偏压下,GaN探测器的本底电流密度小于70nA/cm2。

n-GaN肖特基势垒紫外光探测器的电子辐照效应

研究了n型Au/GaN肖特基势垒紫外光探测器的电子辐照失效机理。从实验中观测到,随着电子辐照注量的不断增加,Au/GaN间辐照诱生的界面态引起器件的击穿电压明显减小,反向漏电流逐渐增大。辐照诱生的深能级缺陷导致紫外光探测器对较长波长光的吸收,使得UV探测器中可见光成分的背景噪声增加。同时,对辐照后的 GaN 肖特基紫外光探测器进行了100℃以下的退火处理,退火后,器件的电流 电压特性有所改善。

二维金光栅增强AlGaN/GaN量子阱中红外探测器的垂直光耦合

利用对入射光源偏振性不敏感的二维金光栅结构来增强AlGaN/GaN量子阱中红外光电探测器的垂直光耦合。采用有限元法(FEM)计算了探测器结构中的电场分布和能量流动,发现采用二维金光栅时量子阱区有效电场强度比采用Si_3N_4光栅时高出2个数量级,这主要源于金光栅与AlGaN界面处激发形成的表面等离激元(SPP),对光能流动方向、光场振动方向产生了强烈的改变。无论光源的偏振性如何,当垂直入射电磁波波长为4.7μm,电场强度E为1 V/m时,量子阱区的有效|E_z|~2达到了0.7(V/m)~2,为实现AlGaN/GaN量子阱中红外光电探测器焦平面阵列提出了一种解决方案。

半导体紫外探测器技术进展

介绍了几种新型半导体紫外探测器。列出了这类探测器的各项用途及优点,并对其结构,制作方法以及性能作出了简要说明。N化物半导体紫外探测器具有探测波长范围可调,可靠性好等优点,可以认为是半导体紫外探测器发展的主要方向。

P-I-N型GaN紫外探测器的正向电流输运

本文在自支撑衬底上制备了P-I-N型GaN紫外探测器,测量并研究了其正向电流输运机制。结果表明,正向电压VF>2 V时,电子扩散电流才开始占主导。有效禁带宽度Eg~2.21 eV远低于理想值,这归因于可导位错引入的能带扰动;当1.35 V<VF<2 V时,理想因子n>2,表明电子缺陷辅助隧穿电流为主要电流分量。电流具有负温度系数,这主要是由电子被激发到能量更高的导带后其有效禁带宽度增大导致的;在VF<0.8 V和0.8 V<VF<1.35 V区间,电流-电压曲线为功率依赖关系,该行为与电子空间电荷限制机制一致。功率因子分别为8和4,由特征温度可得到两种不同的有效能带宽度,分别对应于两种指数衰减的缺陷态分布。

光导型GaN/Si探测器的研制

采用MOCVD技术在Si(111)衬底上生长GaN薄膜，以此材料制备成光导型Si基GaN紫外探测器。探测器的光谱响应表明，在紫外波段250－360nm有近于平坦的光电流响应，363nm附近有陡峭的截止边，357nm波长处5V偏压下的响应度高达6.9A/W。响应度与偏压的变化关系表明，4V以前为线性增加，5V后达到饱和。

GaN基紫外数字像素光电传感器设计与实现

介绍了一种为了获得高速高性能的GaN基紫外数字像素光电传感器的设计和实现。该传感器每个像素单元面积为50μm×50μm,包含一个UV光电探测器,一个1位比较器和一个3 T的存储单元,能同时完成对所有像素的A/D转换。像素内比较器电路中引入了一个自动复位电路用以实现数字相关双采样功能,并可以增加峰值信噪比以及动态范围。电路采用CSMC DPTM 0.5μm CMOS工艺流片实现,初步的功能实验结果验证这一数字传感器能正常工作。

日盲雪崩探测器滤波膜系的优化设计及器件性能的影响

利用传输矩阵法设计了空气与基本膜系之间具有3个周期减反膜结构的日盲紫外探测器滤波膜系,并利用半导体器件仿真软件Atlas分析集成了滤波膜系的GaN/AlGaN异质结雪崩光电探测器(APDs)的光电性能。研究结果表明,相对无减反射膜的滤波膜系,本文设计的膜系明显提高了光在日盲区的透过率及截止区的反射率,使GaN/AlGaN APDs有更加平滑的光谱响应曲线、更大的响应度、更陡峭的响应截止边频及更好的滤波性能;同时,GaN/AlGaN APDs比传统AlGaN APDs更有利于光生空穴的注入,使GaN/AlGaN APDs的最大光谱响应度及紫外/可见抑制比较传统的APDs提高超过300%。

紫外DPS中DA控制器的NiosⅡ-IP核设计与实现

详细介绍了GaN基紫外数字像素探测器(DPS)多通道位串行(MCBS)实现方案中共用DAC设备控制器的自定义IP核的设计和功能实现。文中采用基于嵌入式软核NiosⅡ处理器可编程片上系统(SOPC)设计方法,通过对以12位数模转换芯片TLV5639为控制对象的IP核的仿真和测试,验证了设计的正确性。实验结果表明设计符合性能要求,基于SOPC的IP核设计方法具有较强实用性和通用性。