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.     

长波和甚长波及其双色InAs/GaSb二类超晶格红外探测器的研究进展

本文报道了基于InAs/GaSb二类超晶格实现长波、甚长波及窄带长波/甚长波双色红外探测器的研究,生长的材料具有极高的材料质量.长波探测器单管器件在77 K条件下50%截止波长为9.6μm,峰值响应为3.2 A/W,峰值量子效率为51.6%;甚长波红外探测器单管器件在77 K条件下50%截止波长为14.5μm,量子效率为14%,热噪声限制的探测率为4.3×109 cm Hz1/2 W-1.通过改变偏压极性实现双色探测的窄带型长波/甚长波InAs/GaSb二类超晶格红外探测器两端器件,偏压小于0 V时在长波区工作,偏压大于40 mV时,在甚长波区工作.具体来说,偏压为-0.1 V时,器件光响应50%截止波长为10μm;而偏压为40 mV时,器件光响应50%截止波长为16μm.对于长波光响应,δλ/λ为44%,对于甚长波响应,δλ/λ为46%.甚长波对长波的串音为9.9%,长波对甚长波的串音为11.8%.     

PIN、NBP及NBN型InAsSb中波红外探测器光电性能研究

系统探索了GaSb(001)衬底上InAsSb体材料的分子束外延生长和PIN型、NBP型及NBN型InAsSb单元单色红外探测器的制备工艺,并对其光学、电学等相关物理特性进行了研究对比.PIN型InAsSb单元探测器的R0A为224Ω·cm2(100K),77K下峰值探测率为3.6×1010cmHz1/2/W.NBN型和NBP型InAsSb单元探测器的R0A都达到了105Ω·cm2(100K)的量级,但NBN型比NBP型的R0A值更大,暗电流密度更低,77K下峰值探测率分别为8.5×101 2cmHz1/2/W和2.4×108cmHz1/2/W.最后制备完成了50%截止波长为3.8μm(PIN型)、3.4μm(NBP型)、2.6μm(NBN型)的InAsSb单元探测器.     

基于子带跃迁的非对称GaAs量子阱的三阶非线性系数研究

设计了一种适用于CO2激光器双波长泵浦的非对称结构的Al0.2Ga0.8As/GaAs/Al0.5Ga0.5As量子阱结构,用以差频产生THz波.运用密度矩阵理论和迭代方法计算了这种非对称量子阱的三阶非线性系数,并研究了其随两束差频泵浦光波长的变化.结果表明,量子阱对两束差频泵浦光的三阶非线性系数x（3）ω1和x（3）ω2随两束泵浦光波长的增大都是出现先增大再减小的变化趋势,峰值都位于9.756μm（λp2=10.64μ m）和10.96μm（λp1=9.69μm）,相应的峰值大小为1.185×10-20m2V-2、8.002×10-21m2V-2和2.98×10-19m2V-2和8.565×10-20m2V-2.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

带有临界Sobolev和Hardy项的半线性椭圆方程的解（I）

设Ω包含R^N是有界光滑区域，0 ∈Ω ,N≥3,2^＊：=2N/N-2,0≤s〈2,2^＊（s）：=2（N-s）/N-2,2〈r〈2^＊（s）．对于满足一定条件的参数λ和μ，证明了带Diriehlet边界条件的奇异椭圆问题-△u-μu/｜x｜^2=｜u｜^2＋-2u＋λ｜u｜^r-2/｜x｜^1u的一些重要性质．     

钨摻杂氧化钒基非制冷红外探测器性能研究

氧化钒(VOx)作为热敏材料已经广泛应用在非制冷红外探测器中,其中热敏材料的性能对于最终器件性能的影响尤为关键。为了研究钨元素摻杂对氧化钒热敏薄膜材料的相变温度、热滞宽度、低温时的电阻温度系数的影响以及对探测器性能指标的影响,利用微电子加工工艺制备了钨摻杂与非钨摻杂氧化钒溅射薄膜红外探测器件,并利用黑体测试系统结合锁相放大器和频谱分析仪对器件性能指标进行了测试。结果表明,相比非钨掺杂器件,钨掺杂器件的相变温度降低了16℃左右,热滞宽度缩短了5℃左右,器件的响应电压则提高了0.15 m V,单位带宽噪声均方根电压降低了15 n V·Hz-1/2,从而使器件探测率提高。当辐射信号的调制频率为80 Hz时,非钨掺杂氧化钒探测器的探测率D*值为1.67×108cm·Hz1/2/W,而钨掺杂氧化钒探测器的探测率D*值为1.85×108cm·Hz1/2/W。可见,钨掺杂氧化钒探测器的探测率较非钨掺杂氧化钒探测器的探测率高。     

中波/长波碲镉汞探测器温度响应特性分析

以Sofradir公司的红外中波320×256和长波288×4碲镉汞探测器为研究对象,建立了中波/长波红外碲镉汞焦平面探测器响应模型.对黑体温度响应特性曲线进行建模计算,并将计算曲线与常温段实测数据对比分析,结果显示两者具有较好的一致性,表明模型有效.从测试结果与模拟结果的一致性可以推测:响应模型对焦平面探测器探测低温目标具有参考价值.     

太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

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10.55 μm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%。     

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(0.87 μm)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(7.5 μm)向近红外(0.87 μm)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.     

带有临界Sobolev-Hardy指标椭圆问题的一个全局紧性结果

设Ω属于R^N是有界光滑区域，0∈Ω，N≥3，0≤s〈2，2＊（s）：=2（N-s）/N-2，2≤q〈2＊：=2＊（0）=2N/N-2，μ≥0，λ∈R．运用变分方法和分析技巧，证明了带有Dirichlet边界条件的奇异临界问题-△u-μu/｜x｜^2=｜u｜^2＊（s）-2/｜x｜^su＋λ｜u｜^q-2u的一个全局紧性结果．     

带有临界Sobolev和Hardy项的半线性椭圆方程的解(Ⅱ)

设Ω（∪）R^N是有界光滑区域,0∈Ω,N≥3,2^＊：=2N/N-2,0≤s＜2,2^＊（s）：=2（N-s）/N-2,2＜r＜2^＊（s）.对于满足一定条件的参数λ和μ,证明了带Dirichlet边界条件的奇异椭圆问题-△u-μu/｜x｜^2=｜u｜^2＊-2u＋λ｜u｜^r-2/｜x｜^su变号解的存在性.     

用纤维方法研究一类带有Sobolev临界指数和Hardy项的半线性椭圆方程解的存在性问题

设Ω是R^n中的有界光滑区域，0∈Ω，N≥3，2＊：=2N/N-2是Sobolev临界指数，通过Pohozaev提出的纤维方法，证明了当参数λ和μ满足一定条件时，带有Dirichlet边界条件的椭圆问题-△u-μ/｜x｜^2u=｜u｜^2＊-2u＋λu解的存在性．     

光子牵引探测器

在室温下P型锗单晶中的光子牵引效应为研究高气压CO_2脉冲激光器提供了一个简便的探测方法;对TEA CO_2激光器的输出(峰功率为90kW/cm~2,脉冲上升时间为100ns)进行了探测,拍摄了激光波形;并与碲镉汞探测器(77K)作了比较。探测器的响应率为8.8×10~(-8)V/W。     

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．     

太阳辐射对相干激光告警接收机信噪比影响的理论分析

以相干激光告警接收机为研究对象，建立了在强太阳光照射下的信噪比数学模型．将太阳近似为一个5900K的球形黑体，通过严格的计算得到，在不考虑大气对太阳光的衰减作用的情况下，日地平均距离处太阳对地球的辐照度为148．7mW／cm^2．在考虑遮光罩的空间滤波的作用下，利用该数学模型分析得到太阳辐射最强时，太阳光经地面反射到达激光告警接收机CCD探测器上的太阳光功率密度为3．4mW／cm^2；同时，分析了在CCD探测器响应率最差的来袭激光和太阳辐射最强的情况下，该激光告警接收机最差的探测信噪比为17．5．（实验中选用的待测激光波长λ为1064nm，到达激光告警接收机前的光功率密度为10mW／cm^2，脉宽为10ns．）     

硒化铅量子点/石墨烯可见光敏晶体管的研究

石墨烯晶体管以其高载流子迁移率和宽波长范围光吸收在光探测方面得到了广泛研究.然而石墨烯极低的光吸收率限制了其响应灵敏度.以溶液法用氧化铅、硒粉、TOP为反应物一步合成硒化铅量子点,与湿法转移的单层铜基底石墨烯复合,制备硒化铅量子点/石墨烯光敏晶体管,利用石墨烯的高迁移率和量子点对光的高吸收效率提高晶体管的光响应,测试表明晶体管对波长370 895 nm范围内的光均有良好响应,在波长540 nm光强0.528μW/cm~2下的响应率达到了10~6A/W.     

一类拥有不确定权值的椭圆方程解的存在性

研究了Dirichlet问题 {-Δμu=：-div（｜Δ↓u｜^（μ-2）μ↓u）=λW（x）｜u｜^（μ-2）u｜f（x,u）,x∈Ω, u=0,x∈δΩ， 其中，Ω是R^n（n≥3）上的一个有界域，W（x）是一个不确定权值，通过局部环绕，证明在λ与W（x）满足适当条件下，该方程有弱解及无穷多解的存在性．     

小体积电压输出型ZnO惠斯通电桥式紫外探测单元

针对传统ZnO紫外光探测器无法直接输出电压传感信号而难以与后端信号处理芯片集成的问题,提出并实现了一种小体积电压输出型ZnO惠斯通电桥式紫外探测单元。利用大功率射频磁控溅射SiO₂钝化层时高能粒子轰击ZnO薄膜表面的方法增加了ZnO薄膜表面的氧空位缺陷浓度,使ZnO光电导器件桥臂的紫外光响应电流获得近2个数量级的显著提升;在SiO₂钝化层上通过射频磁控溅射ZnO作为紫外线遮光层可大大减少ZnO光电导器件桥臂的暗场漏电流。遮光后ZnO光电导器件桥臂的紫外光响应电流显著降低至原先的1/10;所制备的ZnO电桥式紫外探测单元可将入射的紫外光信号直接转换为电压信号输出,且可对1μW～6 mW跨3个数量级强度范围的紫外光进行响应,响应度最高达9 mV/μW,紫外光可见光对比度为143.8,且整个单元体积小于1 mm³。实验结果表明,该ZnO电桥式紫外探测单元具有高响应度、宽响应范围、高紫外光可见光抑制比、可直接输出电压传感信号、体积小等优点,可用于实现具有高集成度的ZnO紫外感算一体芯片。