基于石墨电极的硅基金刚石日盲紫外探测器

金刚石优异的材料特性使其在日盲紫外探测领域有很大的应用潜力。本文采用微波等离子体化学气相沉积设备在(111)晶面单晶硅衬底上沉积金刚石薄膜,并基于该薄膜采用光刻胶热解法制备石墨材料平面叉指电极MSM结构金刚石日盲紫外探测器,为全碳金刚石探测器的实现提供了新方法。结果表明,该硅基金刚石薄膜为高取向多晶薄膜,(111)晶面的XRD 2θ扫描半峰宽为0.093°,拉曼光谱金刚石特征峰峰位1332 cm^(-1),半峰宽为4 cm^(-1),薄膜晶体质量较高;石墨电极紫外探测器在5 V偏置电压下的暗电流为2.07×10^(-8) A,光暗电流比为77,开关特性良好,并且石墨电极探测器具有优异的时间响应,上升时间为30 ms,下降时间为430 ms。

一种日盲区紫外信号探测系统前端

利用紫外探测原理实现了一种日盲区紫外信号探测系统前端,系统前置放大电路中采用高输入阻抗、低输入偏流、低噪声的运算放大器,在对紫外信号放大的同时对噪声信号达到有效的抑制。系统选用熔融石英作为透镜材料,采用折射式单透镜光学系统实现对目标紫外辐射信号的接收。利用该紫外探测系统前端在实验室内可以实现对紫外光源的探测,目前探测距离可达13m。

即时全球打击(PGS)武器早期预警对光电探测器的需求分析

介绍了在近地空间环境的理想条件下,即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器地球曲率限的最大可探测距离的计算方法。根据黑体辐射理论,估算了PGS在短波红外和日盲紫外波段的辐射量值。当PGS飞行速度高于5马赫数时,其辐射峰值波长位于短波红外波段,最适合使用短波红外探测器。虽然与短波红外能量相比,PGS的紫外辐射能量要小得非常多,但其紫外辐射光子个数仍然是一个巨量的值。具有单光子计数能力的短波红外和日盲紫外雪崩光电二极管或有实现PGS早期预警及最大可探测距离的潜力。

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的研制

采用MOCVD方法在双面抛光的(0001)蓝宝石衬底上生长了高铝组分AlGaN材料,研制出日盲型AlGaN PIN紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对该器件进行了光电性能测试。测试结果表明:器件的正向开启电压约为4.5 V,反向击穿电压大于20V;常温下(300 K),该器件在3 V反向偏压下的暗电流约为50 pA,在零偏压下270 nm处峰值响应度达到0.12 A/W,长波截止波长小于285 nm。

GaN基半导体太阳盲区紫外探测器研究进展

基于半导体紫外光探测器的基本类型,在对半导体紫外探测器的研发历史进行简要回顾的同时,综述了各种形式GaN基紫外探测器的研究开发现状,并报道了GaN基宽带半导体太阳盲区紫外光探测器研究新进展。

AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料的研制

采用金属有机气相外延(MOCVD)方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长了AlN和高铝组分AlGaN材料。通过优化AlN和AlGaN材料的生长温度、生长压力和Ⅴ族元素/Ⅲ族元素物质的量比(nⅤ/Ⅲ)等工艺条件,得到了高质量的AlN和高铝组分AlGaN材料。AlN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为74 arcsec,透射光谱测试带边峰位于205 nm,带边陡峭;Al组分为45%的AlGaN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为223 arcsec,透射光谱测试带边峰位于272 nm,带边陡峭。采用此外延工艺方法生长了AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料并进行了器件工艺流片,研制出AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器,响应峰值波长为262 nm,在零偏压下的峰值响应度达到0.117 A/W。

AlGaN基日盲型紫外探测器的研制

采用MOCVD方法在(0001)蓝宝石衬底上生长了高铝组分AlGaN材料,研制出日盲型AlGaNpin紫外探测器。介绍了器件的制备工艺,并对该器件进行了光电性能测试。测试结果表明,器件的正向开启电压约为4.6V,零偏动态电阻为1012～1013Ω,常温下,该器件在10V反向偏压下的暗电流约为15nA,响应峰值波长为275nm,日盲区/可见盲区响应比接近103。

日盲紫外探测技术在空间预警中的应用

天基紫外预警是反弹道导弹武器的重要手段。文章从地球日盲紫外空间背景和导弹紫外辐射特性两方面进行分析,论证天基紫外空间预警系统可以获得较高的信噪比和信杂比,能够实现低虚警率的空间预警。同时提出了天基紫外空间预警系统可能的3种工作体制:单一基于紫外波段的天基预警系统存在发现目标较晚的问题;紫外—红外双波段天基预警系统可以实现更低的空间预警虚警率;红外—紫外光谱复合天基预警系统可通过紫外光谱观测辨别导弹种类。最后,文章对现有紫外探测技术进行分析,论证了AlGaN和SiC探测器用于天基紫外预警的可行性,并对其工作模式进行了分析。

日盲单光子紫外探测器的发展

对于诸如高超音速飞行器的早期探测和预警、以及在日盲紫外波段的应用等非常微弱信号的探测来说,可以光子计数的单光子探测器特别令人感兴趣。雪崩光电二极管(APD)具有高速度、高灵敏度和光学增益大等优点。AlGaN合金易于通过改变摩尔组分来选择截止波长。对于在日盲波段实现单光子灵敏度而言,AlGaN APD是最有希望的半导体器件技术。通过对近年来的国内外相关文献资料的归纳分析,介绍了日盲AlGaN探测器的概念,比较了高超音速飞行器的红外与日盲紫外辐射特征,介绍了基于盖革模式与线性模式APD的日盲紫外单光子探测器的发展动态。

紫外预警系统的发展

介绍了紫外预警系统的特点及其原因,详细分析了紫外预警发展动态的,并对每一代紫外预警系统的性能作了重点分析,指出目前已达到的状态和还需解决的问题。

多晶金刚石薄膜日盲紫外探测器件的电极制备

通过在直流等离子体喷射化学气相沉积(DC-PJCVD)法生长的多晶金刚石薄膜上制备Au叉指电极,构建了金属-半导体-金属(MSM)结构的日盲紫外探测器件。研究了不同光刻工艺对制备的金刚石探测器件性能的影响。结果表明,lift-off光刻工艺所制备的器件性能明显优于湿法光刻工艺器件,其I_(light)提高了4.4倍,光暗电流比提高了6.8倍,在25 V电压下响应度提高了9倍,达到了0.15 A/W。在此基础上通过lift-off光刻工艺制备了Au、Ti、Ti/Au和Ag四种不同金属的叉指电极,对比了不同金属电极制备的金刚石紫外探测器件的性能差异。其中Ag电极由于存在势垒隧穿效应引起的增益,在四种电极中性能表现最佳,在25 V偏压下其I_(light)高达0.21μA,响应度提升到0.78 A/W,性能与已有报道的器件性能相当。与普通Au电极制备的器件相比,其光电流提高了5.2倍,光暗电流比提升了7倍,响应度提高了5.2倍。

基于日盲型AlGaN的紫外相机设计

在'日盲段'240～290 nm进行窄波段探测,具有背景干扰小的优势。相比于传统紫外探测器必须协同窄带滤光片工作,AlGaN具有固有窄波段控制和无需制冷两大优点。介绍了基于日盲型AlGaN焦平面器件的紫外相机的软、硬件设计。紫外相机由紫外透射式光学系统,日盲型AlGaN器件,偏置电路及驱动电路,低噪声前放、数据处理及传输单元构成,核心器件AlGaN采用背照式PIN阵列通过铟柱倒焊于硅基电容反馈跨导放大器(CTIA)读出电路的结构。紫外相机的设计指标为:光学口径80 mm,焦距130 mm,像元尺寸50μm,瞬时视场0.4 mrad,总视场3°,积分时间可控,帧率最高可达100帧/s。经初步室内测试,效果良好,对发展日盲型面阵AlGaN应用平台做出了有意义的探索和研究。

表面等离子体在氧化镓基紫外探测器中的应用

局域表面等离子体共振是一种改善光电探测器性能的有效方法。本文为了提高beta-氧化镓(b-Ga_2O_3)薄膜金属-半导体-金属(MSM)日盲紫外探测器的性能,提出了在beta-氧化镓薄膜表面利用快速热退火的方法形成分散的铝纳米粒子(Al-NPs),增强薄膜对光的吸收。运用此方法制备的Al-NPs/b-Ga_2O_3探测器不仅降低了暗电流,同时也提升了光响应度和探测率。在波长254 nm紫外光照、10 V偏压下,该器件的光响应度达到了2.7 A/W,探测率达到了1.35′1014cm×Hz1/2×W-1,与b-Ga_2O_3探测器相比,分别提升了1.5倍和2倍。

反应磁控溅射制备h-BN薄膜及其日盲紫外探测器

随着电子信息技术的飞速发展,具有更高抗干扰能力以及更高灵敏度的日盲紫外探测器引起了广泛关注。六方相氮化硼(h-BN)凭借其超宽带隙、高光吸收系数、高热导率及高击穿场强等优势成为日盲紫外探测器研究的热点材料。此外,h-BN良好的机械强度和光学透明性使其兼具柔性探测器的潜力。然而室温条件下制备的h-BN薄膜常具有较多缺陷,极大程度上限制了其柔性探测器的发展。本文在室温条件下采用反应磁控溅射,以B为生长源,在蓝宝石和Si衬底上实现了较高质量h-BN薄膜的制备,并在此薄膜的基础上制备了高性能日盲紫外探测器。3 V电压下,其探测器拥有极低的暗电流(0.07 pA)、较高的响应度(1.37μA/W)和探测率(2.73×10^(10)Jones)。本文的研究结果证实了室温制备h-BN薄膜及其日盲紫外探测器的可行性,为实现可在室温下工作的h-BN探测器的应用提供了参考。

体声波谐振式日盲紫外光传感器研究

提出了一种并联体声波谐振器(BAWR)与Ga_(2)O_(3)基MSM紫外传感器的新型高灵敏度传感器结构,即体声波谐振式日盲紫外光传感器(BAWR-UV Sensor)。设计并制备了MSM Ga_(2)O_(3)紫外传感器和BAWR传感器,将实测的光、暗S参数在仿真软件中封装为S1P数据模型代替MSM等效电路,用MBVD模型代替BAWR等效电路,通过并联两种结构建立了BAWR-UV仿真模型;采用ADS软件仿真了BAWR核心参数对BAWR-UV传感器灵敏度的影响,研究了提高灵敏度的设计方案。仿真结果表明,在0.5~4.5 GHz频率范围内,BAWR-UV的并联Q值越大,阻抗灵敏度越高,同时阻抗灵敏度随频率降低而增大,在并联谐振频率f_(p)=0.533 GHz时获得最佳阻抗灵敏度为100 kΩ/(μW/mm^(2));频率灵敏度随频率的升高而增大,在f_(p)=4.5 GHz时获得最佳频率灵敏度为1.4 MHz/(μW/mm^(2))。最后,开展了高灵敏度日盲紫外传感器的探索。

一种肖特基势垒增强型N-AlGaN基MSM日盲紫外光电探测器

研制一种以薄的高阻Al Ga N覆盖层作为肖特基势垒增强层的N-Al Ga N基金属-半导体-金属(MSM)日盲紫外光电探测器。与无覆盖层的参考器件相比,覆盖高阻Al Ga N层后探测器的暗电流大幅度减小。在5 V偏压下,覆盖高阻Al Ga N层的光电探测器的暗电流为1.6 p A,响应度为22.5 m A/W,日盲紫外抑制比大于103,探测率为6.3×1010cm·Hz1/2/W。

基于日盲紫外探测器的高压电晕在线监测系统

探讨了在当前高压电晕探测方法中利用氮化镓紫外(日盲区波段)探测器实现实时在线电晕监测的一种方法;给出了紫外探测器的原理及技术路线;阐述了该方案需要解决的关键技术及相应措施。与其他方法及相应设备尤其是在与紫外成像仪进行比较后发现,紫外探测器在线监测系统具有明显优势。

AlGaN基日盲紫外探测器成像系统设计与实现

描述了基于AlGaN日盲紫外焦平面成像系统的硬件和软件设计,实现了对320×256阵列的AlGaN日盲紫外焦平面探测器输出信号的采集、图像处理和成像显示,针对紫外焦平面阵列(UVFPA)器件响应不均匀性,以及容易产生条纹状固定图形背景的问题,以FPGA为硬件平台,研究了紫外图像的非均匀性校正算法,实现了紫外图像的实时非均匀性校正。经实时的紫外图像处理实验对比与分析表明,该算法有效地提高了图像质量,非均匀性从9.609%降到了4.642%。从实时的紫外图像处理结果来看,成像处理系统完成了图像采集、处理,以及成像显示,并取得了良好的成像效果。

日盲紫外像增强型CCD疲劳特性测试

为评估日盲紫外(SBUV)像增强型CCD(ICCD)响应度随工作时间的变化规律,针对器件的两种典型工作模式设计了SBUV-ICCD疲劳特性测试方案,并构建装置对其进行了实验测量。首先结合SBUV-ICCD的基本结构和工作原理介绍了器件的两种工作模式;其次,定义了器件疲劳特性,提出了SBUV-ICCD疲劳性测试方案;最后,对两只SBUV-ICCD进行了疲劳特性测试,并分析了该测试方案的不确定度。实验结果表明:在光电模拟模式和光子计数模式下国内某型号SBUV-ICCD的疲劳特性分别为13%和3%,国外某型号SBUV-ICCD疲劳特性优于1%,本测试方案的不确定度为1%。