肖特基型自驱动光电探测器件及其多场耦合性能调控

小型化和多功能化是微纳传感器件及其集成系统的主要发展目标.构建无源的自驱动传感器件是实现这一目标的有效途径.利用异质结接触形成的内建电场分离光生电子空穴对从而形成响应电流是实现自驱动光电探测的一种直接有效的方式.在异质结结构的自驱动光电探测器研究中,肖特基型自驱动光电探测器因具有光谱选择性强、响应频率快等特点而备受关注.本文重点介绍了近年来利用低维纳米材料构建的肖特基型自驱动光电探测器,阐释了利用应变/应力、通过界面调控优化器件性能的基本原理,展望了肖特基型自驱动光电探测器发展方向和研究目标.     

双极性二维异质结助力图像识别的感算一体化发展

<正>传统的图像识别系统由分立的光电探测器和计算机处理系统组成,由光电探测器先探测目标光信号,然后将探测到的光信号转换成电信号,再传输到计算机系统进行处理以达到识别的目的^[1～3].但是光电探测器在探测目标图像的同时会产生大量冗余信息,     

InP基UTC-PD的理论分析与模拟

首先采用漂移-扩散理论分析了单行载流子光电探测器(UTC-PD)的光电流响应. 利用器件仿真器ATLAS建立了UTC-PD的器件模型, 并对优化设计的InP/InGaAs PD的能带结构和性能参数作了二维模拟. 模拟结果表明, 光敏面为14 ?μm×1 μm、反偏电压为2 V时, 光电流响应的线性动态范围达60 mW, 响应度和?3 dB带宽分别为0.16 A/W和40 GHz. 当输入光脉冲宽度为10 ps时, 光电流响应的峰值达1.3 mA, 半峰全宽(FWHM)为28 ps.     

标准CMOS工艺下单片集成MSM光电探测器的 2 Gb/s光接收机

在标准互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺下设计了1种单片集成金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)光电探测器的光接收机. 带有源反馈和负米勒反馈电容的跨阻前置放大器用来提高光接收机的带宽. 由于MSM光电探测器具有较高的响应度, 所以光接收机的灵敏度得到改善. 由于MSM光电探测器的寄生电容较小, 在特许半导体0.35 μm工艺下实现了带宽为1.7 GHz的光接收机. 测试结果表明, 在-15 dBm的光功率和误码率为10^-9的条件下, 光接收机的数据传输速率达到了2 Gb/s. 在3.3 V电压下, 芯片的功耗为94 mW.     

氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能

紫外光电探测器的研究与开发在工农业生产、环境监测与保护以及国防工业等领域均具有重要的现实意义.本文以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积(CVD)法并通过改变GaN沉积时间,制备了3种GaN/Si-NPA纳米异质结构阵列,并对其表面形貌、化学组成和光致发光特性进行了表征.在此基础上,通过上、下电极制作,制备了结构为ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag的光电探测器原型器件,并对其光电探测性能进行了测量.结果表明,在不施加偏压的情况下,采用优化条件制备的ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag器件能够实现对紫外光的有效探测.器件对340nm单色紫外光的响应度达到~0.15mA/W,光响应和恢复时间分别为~0.12和~0.24s.实验结果对研制新型硅基GaN紫外光电探测器具有很好的借鉴意义.     

国家自然科学基金视角下我国光电器件领域发展的分析和展望

<正>光电器件是利用光与载流子之间的相互作用而产生特定效应或功能的器件,主要包括激光器、发光二极管(light-emitting diode, LED)、光电探测器、太阳能电池等.作为半导体光电子产业一个重要的分支,光电器件在当今社会具有极其重要的地位,在光通信、探测、遥感、成像、军事、航天等领域中得到广泛应用.光电器件是信息获取、传输、处理、显示四大系统的主要载体和核心元器件.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe2O3(带隙2.2eV)和Zn2SnO4(带隙3.6eV)两者都是廉价的光电材料,然而前者光生载流子复合效率较高,后者只有在紫外光区有光电响应.本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe2O3@Zn2SnO4复合材料,利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征.结果表明,该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善.该复合材料光电响应的改善,与水热法制备的α-Fe2O3@Zn2SnO4核壳结构有关.α-Fe2O3与Zn2SnO4复合后Fe2p的结合能变化明显这可能有利于光生载流子分离.     

主族层状低维半导体的偏振光探测器

偏振探测在成像、遥感和生物检测等领域具有非常广泛的应用.为了契合光电领域高度集成化的发展目标,偏振光探测器的器件结构需要跳出复杂的检偏器与探测器分离式结构模型,开发新型探测路线.对偏振光天然敏感的主族层状低维半导体可实现直接偏振光探测,实现探测结构的简化.基于Ⅳ族锗系和锡系的低对称性层状半导体在短波近红外具有较高的光响应以及偏振灵敏度,并且基于二维GeSe的偏振光探测器已经实现对近红外实物的二维式扫描偏振成像.基于Ⅴ族锑系和铋系的层状半导体在可见光波段具有较宽的光谱响应以及低的探测噪声,也已实现偏振成像.基于该两类主族层状低维半导体的偏振成像为未来偏振图像传感技术提供了一种简洁可行的思路.     

综合考虑偏压和温度因素实现光探测器本征频率响应的提取

频率响应是探测器的重要特性之一,本征频率响应决定了探测器的响应带宽.在前人使用扣除法提取探测器本征频率响应工作的基础上,综合考虑反向偏置电压和温度等两种影响频率响应的因素,分别进行基于反向偏置电压和温度的实验.结合物理模型对实验及拟合结果进行分析讨论,提取了最接近实际情况的探测器的本征频率响应.     

二维半导体光电探测器:发展、机遇和挑战

二维(2D)材料由于独特的结构和新颖的物理化学性质,近几年受到越来越多的关注.作为2D家族最耀眼的成员,2D半导体有可能实现多功能电子和光电子器件化.本文综述了近几年2D半导体光电探测器的研究进展,讨论和介绍了光电流产生的几种机制以及评价光电探测器性能的重要参数;总结了最近几年发展的各种2D半导体光电探测器,其中包括单一2D半导体和它们的混合维度结构,以及几种改善光电性能的策略.最后,对全文做了简单回顾并展望了该领域的未来发展方向.     

石墨烯/硅光电探测器

光电探测是石墨烯器件未来重要的发展方向之一。在众多类型的石墨烯/半导体异质结光电探测器件中,石墨烯/硅光电探测器由于在可见光范围内拥有极高的光电转换效率,并且可方便地在宏观条件下进行制备和组装,因此拥有良好的应用前景。首先介绍了石墨烯/硅光电探测器的研究背景,其次分析了其工作原理和机制,并结合几种典型的石墨烯/硅光电探测器对其性能进行了探讨,最后对石墨烯/硅光电探测器的发展做了展望。     

单晶硅表面溴化键合光敏染料及其表面光电压

当今,新型光电功能材料的开发和利用是非常活跃的研究领域。半导体材料的研究在这一领域占有重要地位.为了改善半导体材料及器件的光电性能,提高光电转换效率及拓宽光谱响应范围等,人们利用金属离子掺杂,或将有机半导体通过吸附、涂层、沉积等物理方法固定在无机半导体表面,已获得卓有成效的效果。     

激光光谱学最近的发展

使用脉冲调谐激光器由光电二极管阵列探测器和现代计算机系统组成的快速扫描光学多道频谱分析仪系统是光谱学的一个强有力的工具。脉冲激光器有如下的特征:调频范围宽(从红外到紫外),在微微秒的范围精确计时,百万瓦级的峰值功率以及数量级为微微秒的极短脉冲。除了有兴趣的光谱区域被限制为单一频率外,几乎所有的基于激光的光谱学是极好地由多道探测器,诸如安装在光谱仪上的硅光电二极管阵列来进行的。一个典型的光电二极管阵列有1024个分立的二极管,中心间距为25μm。紫外增益的型式复盖的     

初始晶硅多层薄膜光电响应及载流子输运特性

采用等离子体化学气相沉积技术, 通过交替改变H₂流量, 制备了多层结构的氢化初始晶硅薄膜, 利用拉曼(Raman)散射、傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和光电流谱等技术研究了薄膜的微观结构和光电响应特性. 微观结构分析揭示, 薄膜呈现为由纳米晶硅和非晶硅两相组成的初始晶硅结构, 薄膜光学带隙随晶化度提高逐渐降低. 光电流谱的结果显示, 纳米硅晶粒对薄膜内部光生载流子的空间分离可有效降低其非辐射复合几率, 导致薄膜光电响应峰值随晶化度的提高向短波方向移动, 然而纳米硅晶粒界面缺陷对载流子的空间限制使薄膜长波谱段的光电响应显著降低. 外加偏压下, 观察到350~1000 nm范围的光电响应, 表明外加偏压可促进光生载流子的有效收集. 分析表明, 纳米硅晶粒内部电子-空穴对的空间分离及界面载流子激发的共同作用, 导致薄膜光电响应及外量子效率大幅增加和峰位的红移. 实验结果为初始晶硅高效太阳电池的载流子输运控制提供了基础数据.     

基于相关光子的InSb模拟探测器绝对量子效率定标方法

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现"无溯源"的绝对定标.该方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,准确获取光电脉冲对应的电荷量统计参数是主要难点.本文提出了一种新的光电流概率统计模型,假定某一时刻采集的电荷量概率是所有脉冲可能包含电荷量的概率叠加,对概率函数进行拉普拉斯变换和高阶求解偏导,获得了光电流波动与各通道一个光电脉冲包含电荷量波动之间的关系.为了精确获取该统计模型需要的平均光子计数,消除光电倍增管的非线性效应和脉冲堆积效应,本文测量了不同功率下的光子速率和输出光电流,通过对光电流输出曲线与光子计数曲线匹配,获得了定标模拟探测器时的光子速率,最终实现.按照上述理论开展了光电转换型In Sb模拟探测器在3.39?m的绝对量子效率定标实验,转换为绝对功率响应度与国内计量单位的测量结果进行了比较,相对偏差为3.00%,本文定标方法的相对合成不确定度为7.24%.该研究结果为相关光子方法定标模拟探测器提供了基本理论模型和应用参考.     

单晶硅表面键合光敏染料的研究

80年代以来,随着半导体光电技术的飞速发展,光电器件在越来越多的领域中得到应用.但是,由于半导体材料本身性质上的限制,使其在光电转换及光谱响应范围等方面还存在着许多问题.例如,目前的硅太阳能电池,其光电转换效率已达17％,这与理论值21.6％已经很接近,要想突破21.6％的理论值,就必须寻求新的途径,彻底改变光电材料的性质.在单晶硅表面键合光敏染料,正是在这方面的一种探索.     

快响应表面电极热电探测器

随着高功率CO_2脉冲激光器的应用日益发展,需要一种方便的测量脉冲波形和能量的探测器。近年来,热电探测器在这一领域内发展很快,热电探测器有面电极和边电极两种结构。其中边电极探测器的光谱响应受材料本身吸收特性的限制,但器件电容小,能经受大的辐射功率,因而可以在保持快响应速度的同时获得较高的峰值响应。不过,边电极器     

椭圆星系的新发现——周围的巨大壳层

澳大利亚天文学家马林(D.F.Malin)和卡特(D.Carter)利用折反射望远镜和英澳天文台3.9米望远镜上光电照相放大装置,最早发现六个椭圆星系整个或部份地被     

光伏双色GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器是基于量子阱导带内子能带间或子能带到扩展态间的光电子跃迁对红外辐射的吸收特性而研制成的新型红外探测器.它具有响应速度快(皮秒量级)、量子效率高、波长和带宽可调、热稳定性好、抗辐射能力强等特点,有利于制成大面积焦平面列阵红外探测器.近年来为了充分利用GaAs/AlGaAs量子阱材料的特点和优势,研究和探索新结构新器件的工作一直不断,其中光伏和双色红外探测器具有重要价值.光伏型探测器与信号处理电路易于集成,结构简单,功耗小,工作温度也较高,因而有利于发展焦平面列阵技术;3～5μm和8～12μm两个波段是重要的大气传输窗口,能同时工作在此波段的双色器件在军事、民用上有着特殊应用前景.本文的工作就是试图在理论上提出一种集光伏双色于一体的量子阱红外探测器结构.1 器件设计理论最近,AT＆T Bell实验室Capasso小组证实,在量子阱层中,波函数的局域化也可以发生在大于势垒高度的连续态中.在主量子阱结构两旁的垒区中引入方势阱叠层,这些方势阱称作Bragg反射阱,由于Bragg方势阱宽度接近主量子阱连续态电子de Broglie波长的1/4,故反射相干作用可使主量子阱区的连续激发态密度集中于某些能量处,从而增加基态到这些准束缚态的跃迁振子强度,这对于实现器件光电吸收     

非晶态硒化镉薄膜的时间分辨光电导和光致发光研究

硒化镉薄膜在光敏电阻、太阳能电池、薄膜晶体管和微波放大器等方面有着广泛的应用,受到人们的重视.非晶态硒化镉(α-CdSe)材料的无序网络结构只具有短程有序性.缺乏长程有序性,其能带结构不同于晶态硒化镉,所以α-CdSe薄膜具有独特的电学和光学性质,成为一种新型光电功能材料,在快速光电探测器和快速光电子开关等方面有广阔的应用前景.