非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合能谱仪(EDS)对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪(SIMS)对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降(约一个数量级)。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下(B-QB)的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

片上红外偏振探测研究进展

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来,片上红外偏振探测器的发展引起了广泛的研究兴趣。本文将重点介绍片上红外偏振探测器的两个前沿研究领域:偏振敏感材料和偏振选择性光耦合结构集成的红外偏振探测器,主要讨论片上红外偏振探测器的研究现状以及未来的挑战和机遇。

基于兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器研究

设计了一种基于氮化铝(AlN)兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器,基于超表面的吸收器用于对特定波长红外辐射的吸收,再利用AlN兰姆波谐振器的温度频率效应检测红外辐射。首先,对兰姆波谐振器的电极周期、电极宽度、AlN薄膜厚度和支撑轴尺寸进行优化设计,设计了电极周期分别为12μm和1.2μm的谐振器结构,其工作频率分别为365 MHz和2544 MHz。其次,设计了方形结构超表面的等离子体吸收器,并研究分析其红外吸收机理及结构尺寸对吸收性能的影响规律。通过集成超表面红外吸收器并调节吸收结构尺寸,实现可调谐、近100%的双带吸收性能,在3μm~5μm和8μm~12μm处的吸收率均超过99.5%,谐振式热红外探测器的响应时间低于0.8 ms、热噪声等效功率低于10^(-11)Hz/μW。

红外物理与技术发展

经过长期探索 ,人们掌握了红外辐射的基本规律 ,不断研制出新型、优质红外探测器件 ,发展了红外光谱和红外成像等重要技术 ,并使之在当代许多领域 ,尤其在遥感、军事及其它高科技领域占据突出地位。

现代红外物理研究新进展

根据现代人们对于光与物质形态认识深入和控制能力增强的情况，讨论当代红外物理研究的框架与特征、红外材料制备与物理研究、红外光电激发动力学研究、红外焦平面列阵光电子物理、凝聚态红外光谱与信息获取处理等方面的光电技术情况和ＦＰＡ，量子阱。

太赫兹时域光谱技术研究S掺杂GaSe晶体的电导率特性

本文采用透射式太赫兹时域光谱技术研究0.3—2.5 THz范围内本征GaSe,S掺杂质量分数为2.5%GaSe(GaSe:S(2.5%))和S掺杂质量分数为7%GaSe(GaSe:S(7%))晶体的电导率特性,并利用Drude-SmithLorentz模型对复电导率进行拟合.研究发现GaSe晶体的电导率实部随S掺杂浓度的增大而减小,主要是由于S掺杂使GaSe晶体的费米能级逐渐向电荷中性能级转移,载流子浓度下降引起的.本征GaSe和GaSe:S(2.5%)在约0.56 THz处有明显的晶格振动峰,而GaSe:S(7%)在0.56 THz附近无晶格振动峰,这主要是由于S掺杂提高了晶体的结构硬度,减弱了晶体的层间刚性振动.且3个样品均在约1.81 THz处存在明显的窄晶格振动峰,强度随S掺杂浓度的增大先减小再增大,主要是由于S掺杂降低了GaSe的局部结构缺陷,减弱了窄晶格振动峰强度,而过量的S掺杂生成β型GaS晶体,进而增加晶体的局部结构缺陷,窄晶格振动峰强度随之增强.GaSe晶体约在1.07 THz和2.28 THz处的宽晶格振动峰强度随S掺杂浓度的增大而减弱甚至消失,主要是由于S掺杂产生替位杂质(S取代Se)和GaS间隙杂质,降低了基频声子振动强度,从而减弱了晶体二阶声子差模引起的晶格振动.结果表明,S掺杂可以有效抑制GaSe晶体的晶格振动,降低电导率,减少在THz波段的功率损耗.此研究为低损耗THz器件的设计和制作提供重要的数据支撑和理论依据.

InPBi禁带下红外光致发光效率的Bi组分依赖研究

稀Bi半导体InPBi的光致发光(Photoluminescence,PL)主要来自缺陷能级跃迁过程,具有红外长波长、大线宽和高辐射强度等特点,因而引发广泛兴趣。针对InPBi的红外发光效率问题,本文研究了不同Bi组分InPBi的激发功率依赖红外PL光谱演化规律。实验发现,随着Bi组分增大,PL线型发生显著变化,导致发光波长总体红移;同时激发功率依赖的PL积分强度演化分析表明,发光效率随Bi组分先增大然后下降,在0.5%组分时发光效率达到峰值。发光效率增大一方面归因于Bi捕获空穴降低非辐射复合,另一方面来自Bi的表面活性剂效应;而高Bi组分引入过多缺陷从而抑制了Bi的优势,导致发光效率下降。这些结果或有助于理解InPBi的红外发射性能,表明InPBi具有红外光电子应用前景。

尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的研究进展

尖晶石结构过渡金属氧化物的纳米阵列相对其纳米线和纳米颗粒具有独特的优势,在能源存储、催化、磁性和光电等诸多领域具有重要的应用。概述了水/溶剂热法制备尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的过程中影响其结构形貌的多种因素(基底、反应温度、反应时间和原料等),探讨了纳米阵列的结构形貌与性能之间的关联性,简介了尖晶石结构过渡金属氧化物分级结构纳米阵列的相关研究,希望能为设计开发多功能或功能集成化的纳米阵列并拓宽其应用范围起到推动作用。

硅微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成器件的制备与性能(特邀)

为了提高红外焦平面阵列性能,分别制备了硅衍射微透镜阵列和InSb红外焦平面阵列并将两者集成在一起。采用光学系统和焦平面测试系统进行了测试。结果显示双面镀制有增透膜的硅衍射微透镜阵列的衍射效率为83.6%;电压响应图显示器件没有裂纹;集成器件的工作波段为3.7~4.8μm,此时平均黑体响应率和探测率分别为4.85×10^(7)V/W和7.12×10^(9)cm·Hz^(1/2)·W^(1)。结果表明硅微透镜阵列不仅可以提高焦平面阵列占空因子,而且可以通过优化焦平面应力匹配来解决芯片裂纹问题,集成器件性能优于现有焦平面性能。

新型亚波长陷光结构HgCdTe红外探测器研究进展

综述了近几年来亚波长陷光结构Hg Cd Te红外探测器研究进展.系统介绍了一种结合有限元方法与时域有限差分方法对红外探测器的"光""电"特性进行联合模拟和设计方法,以及基于这种新的数值模拟方法对亚波长人工微结构Hg Cd Te红外探测器的模拟和分析结果.理论分析和实验研制数据均显示这种新型亚波长人工微结构结构具有很好的陷光特性,在提高长波红外探测器性能方面具有潜在应用前景.

中波双色光伏型HgCdTe红外探测器模拟研究

基于二维数值模型,对光伏型中波(MW1/MW2)HgCdTe双色红外探测器作了模拟计算,器件采用n-p-p-p-n结构、同时工作模式.计算了双色器件光谱响应及量子效率,重点分析了两个波段间的信号串音问题,以及高组分势垒层的作用.模拟结果显示,MW1(中波1,波长较短)对MW2(中波2,波长较长)的串音是辐射透过MW1区在MW2区中吸收引起的,串音与光吸收比近似成正比,而载流子扩散效应可以忽略不计.高组分阻挡层对载流子扩散引起的串音有显著的抑制作用,如果没有势垒层,载流子扩散引起的串音十分明显,甚至成为串音的主导因素.对于60×60μm2探测单元MW1和MW2的结电容大约为1.75pF/pixel.

光伏型长波HgCdTe红外探测器的数值模拟研究

报道了光伏型长波Hg1-xCdxTe(x=0.224)n-on-p红外探测器数值模拟研究的结果.采用二维模型,在背照射方式下,以p区厚度、两电极间距离、结区杂质浓度分布、少子寿命为参量,模拟计算了R0A积、零偏光电流与这些参量之间的变化关系.计算表明,随p区厚度增加,R0A积下降;R0A积随电极之间距离增大而增加,但量子效率随距离增大而降低,电极之间最佳距离大约为100μm;R0A积和光电流对结区杂质浓度分布形状不敏感;随少子(电子)寿命降低,R0A积和光电流下降.二维模型弥补了一维模型难以计算横向电流、电场的缺点.

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺,使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果,探测器的峰值波长为15μm,响应带宽大于1.5μm。在40 K工作温度下,器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W,平均黑体探测率为Db*=1.37×109 cm.Hz1/2/W,不均匀性为11.3%,并应用研制的器件获得了物体的热像图。

GaAs体材料折射率红外椭圆偏振光谱研究

报道了采用红外椭圆偏振光谱术测量ＧａＡｓ体材料折射率，测量范围为２．５～１２．５μｍ，并将所得实验数据与理论计算和其它实验结果进行了对比，表明了实验结果的可靠性．

HgCdTe探测列阵干法技术的刻蚀形貌研究

首次报道了HgCdTe微台面焦平面探测列阵成形工艺的干法刻蚀技术有关刻蚀形貌的一些研究结果.从HgCdTe外延材料的特点出发,详细分析了其干法刻蚀适用的RIE(reactive ion etching)设备和刻蚀原理.采用高等离子体密度、低腔体工作压力、高均匀性和低刻蚀能量的ICP(inductively coupled plasma)增强型RIE技术,研究了不同的工艺气体配比、腔体工作压力、ICP源功率和RF源功率对HgCdTe材料刻蚀形貌的影响,并初步得到了一种稳定的、刻蚀表面清洁、光滑、图形轮廓良好、均匀性较好和刻蚀速率较高的干法刻蚀工艺.

长波HgCdTe红外探测器的暗电流机理研究进展

介绍了HgCdTe红外探测器的发展历程,详细分析了长波HgCdTe红外探测器的暗电流机制、采用同时拟合方法对暗电流参数进行提取与分析,介绍了为降低暗电流的一些新的研究进展。

P型长波Hg_（1－x）Cd_xTe材料MBE生长技术研究

用分子束外延的方法在ＧａＡｓ（２１１）Ｂ衬底上研制了Ｐ型长波ＨｇＣｄＴｅ材料，及３２×３２小规模长波混成红外焦平面列阵，其材料的均匀性以及生长材料的参数的可重复性良好．在适当的热处理条件下，材料Ｐ型电学参数达到了较高水平。

InGaAs/InP红外雪崩光电探测器的研究现状与进展

近年来,量子卫星通信、主动成像等先进技术的应用取得了较大的进展,InGaAs/InP雪崩光电探测器作为信息接收端的核心器件起到了至关重要的作用。本文系统介绍了InGaAs/InP雪崩光电探测器的工作原理,分析了器件结构设计对暗电流特性的影响,对盖格模式下多种单光子探测电路进行了综述,同时对新型金属-绝缘体-金属结构设计的研究进展进行了介绍和展望。

化学溶液分解法制备的Bi_2Ti_2O_7薄膜的红外光学性质研究

采用化学溶液分解法在n GaAs(10 0 )衬底上制备了Bi2 Ti2 O7薄膜 .利用红外椭圆偏振光谱仪测量了波长为2 .8～ 12 .5 μm范围内Bi2 Ti2 O7薄膜的椭偏光谱 ,采用Lorentz Drude色散模型拟合获得Bi2 Ti2 O7薄膜的红外介电常数 ,并进一步计算得到折射率n、消光系数k和吸收系数α ,拟合计算得到Bi2 Ti2 O7薄膜的厚度为 139.2nm .

中红外波段雪崩光子探测器研究进展

近年来,中红外雪崩光电二极管(APD)阵列,以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点,成为光纤通信、三维激光雷达成像、天文物理以及大气观测等应用的重要器件。本文具体介绍了中红外雪崩光电探测器的结构和探测原理,对其结构参数相关的性能以及优缺点进行了详细介绍,并展望其发展前景,同时介绍了一些中波红外雪崩光子探测器研究和应用进展。