GaN基HFET多栅指结构自加热效应及其优化

研究了在大功率工作条件下的Ga N HFET器件的自加热效应。当Ga N HFET器件工作在大功率条件下时所产生的自加热效应,将会使得器件的有源沟道层的温度升高,影响到器件的工作特性。首先分析了多栅指结构的Ga N HFET器件在一定功耗条件下的的温度分布情况,然后在此基础之上,对Ga N HFET做了相应的优化,使得器件的温度有一定程度的降低。     

空间辐射对CCD器件暗电流的影响研究

电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device，CCD)作为卫星光通信系统中光信标子系统的关键部件,它的工作性能直接影响着光通信系统的整体性能。根据Shockley-Read-Hall理论,对粒子辐照条件下CCD器件的暗电流变化进行了深入的理论分析,依据理论分析展开数值模拟计算。结果表明：P沟道CCD辐照后的平均暗电流密度随温度的升高而增加、随辐照注量的提高而增大,暗电流尖峰产生的位置具有强烈的随机特性;温度较粒子辐照注量更能有效影响平均暗电流密度以及暗电流尖峰的产生,温控器件以及温控技术将是决定CCD定位精度的重要环节。     

线列CCD摄象器件暗电流的测试和研究

本文分析了电压(V_P-V_B)对线列CCD摄象器件暗电流及其不均匀性的影响,从而提出了在满足势阱容量的前提下尽量减小(V_P-V_B)以抑制暗电流引入的固定图形噪声的方法.另外,本文还分析了暗电流对信号调制度的影响,并指出了用“对消”的方法是不能完全消除暗电流固定图形噪声的.最后,提出了通过测量暗电流输出来测量少数载流子寿命的方法,并给出了实验和计算的结果.     

CCD暗电流自动抑制的一种方法

分析了背照式CCD的暗电流组成成份及其温度特性,以及暗电流对CCD随机噪声、固定图案噪声(fixed pattern noise,FPN)等性能的影响。提出了根据暗像元信号大小实时自动调整CCD驱动电路的偏压和时序以抑制和稳定暗电流的方法。实验结果表明,该方法在53℃时使暗电流和FPN降低了一个数量级,噪声减小了近50%;在25~53℃的温度范围内维持暗电流变化不超过400e-,CCD噪声变化不超过5e-,FPN的变化不超过150e-,在较高温度下CCD的图像质量得到明显改善。     

环境参数对空气源热泵蒸发器表面霜层影响研究

对一台空气源热泵翅片管蒸发器表面结霜特性进行了实验研究,分析了室外环境温度和相对湿度对霜层的形态、平均密度、总平均密度及动态密度的影响.实验结果表明:室外环境温度的降低或相对湿度的增加将促使换热器表面霜层在生长过程中形成针状霜晶,乃至形成绒状霜层;在高温、高湿度工况下,霜层表面出现凝结水滴,使得霜层密度增大.在霜层减速生长段,霜层平均密度随结霜时间呈增大趋势,而在霜层加速生长段,霜层平均密度随结霜时间迅速减小,且动态霜层密度远远小于霜层平均密度.对环境参数不同而霜层厚度相同的霜层平均密度进行比较发现,其随环境温度的升高及相对湿度的减小而增大,且相对湿度的影响在低湿度工况下更为显著.     

一种MEMS热电制冷器的设计

研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40 K;冷端温度为290 K时,制冷功率为3 mW.     

电子倍增电荷耦合器件中多针相工作模式

针对微光条件下,电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）的暗电流噪声将会随信号一起在倍增寄存器中放大,信号仍会湮没于噪声中。该文提出将多针相（MPP）模式引入EMCCD,通过在栅极上加较大的负偏压,使得空穴填充Si—SiO2界面态,抑制电子的跃迁和传导,以减小暗电流的产生率。研究结果表明,T=300K时,MPP模式下EMCCD的暗电流值为0．0213nA／cm^2,而非MPP模式下EMCCD表面暗电流稳态值为1．79nA／cm^2。说明MPP模式的引入极大地降低了EMCCD的暗电流水平,同时提高了整个微光成像系统的探测灵敏度和信噪比。     

Ti-Mo微合金钢中Mo对Ti(C,N)在奥氏体中析出量的影响

根据热力学相关理论,计算了铁基中Ti和Mo的相互作用系数.结合相关固溶量理论计算方法,对含不同量Mo和Ti的Ti-Mo微合金钢中Ti(C,N)在800℃到1300℃的奥氏体温度区固溶析出量进行了理论计算.分析计算结果发现:Mo可降低Ti在铁基中的活度,抑制Ti的析出,但影响较小,影响程度随着温度的升高而减小;Ti含量相同时,影响程度随Mo含量的增大而增大;Mo含量相同时,影响程度随Ti含量的增大出现先增大后减小的现象.最后,与相关实验数据进行对比分析认为:Ti/C原子数比约为0.5时微合金钢力学性能最好,此时Mo含量对Ti(C.N)析出量的影响最大.     

不同电极材料MSM紫外探测器性能研究

金属-半导体-金属(MSM)紫外探测器件在航空航天、导弹追踪、紫外杀毒等方面有广泛的应用,而金属电极的选择对器件性能影响较大。在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜,然后制作不同电极(In-In,Ni-Ni,Ni-In)MSM紫外光电探测器。3种电极探测器测试结果显示In-In电极器件具有较大的暗电流,其5～10 V偏压下暗电流在10~(-8)A量级,而Ni-Ni电极器件的暗电流在10~(-9)A量级,这归结于Ni金属具有较高的功函数,与GaN接触时,在接触面形成较高的肖特基势垒,从而降低了暗电流。不对称电极(Ni-In)器件暗电流具有不对称性。3种器件的光电流变化规律基本一致,非对称电极器件光电流比对称电极器件的大,归因于两种金属电极功函数的差异,导致器件内部存在以1个与正向偏压方向一致的内建电场。     

利用热斑温度估算光伏组件最大输出功率

根据太阳电池材料饱和电流密度与温度特性关系,构建了温度与太阳电池饱和暗电流密度、光伏组件最大输出功率的数学模型.利用红外热像仪测量15块光伏组件在工作条件下热图像,并且采用I-V特性测试仪得到组件最大输出功率和校正到标准测试条件下的最大输出功率,并与数学模型结果相比较,发现相对误差小于6%.     

光电倍增管单光子探测器的噪声特性研究

在弱光测量中，暗电流或暗噪声计数是探测系统灵敏阈和测量精度的主要限制，根据光电倍增管的工作原理，光电倍增管中的噪声源主要来自光阴极和二次极的热发射．从本征半导体和掺杂半导体中热发射电流密度探讨了光电倍增管单光子探测器的噪声特性，提出了减小光电倍增管单光子探测器噪声的几种措施，即管子致冷法、磁散焦法、选用光电倍增管的管型、减小检测系统频带宽度．     

基于液氙的暗物质直接探测

对暗物质的直接探测是探索暗物质本性的一个重要手段.近年来,随着液氙探测技术的发展,探测质量不断增大,对暗物质的探测灵敏度也不断提高.本文从暗物质在液氙探测器中预期的事例数出发,介绍了液氙探测器的信号产生和关键探测技术,以及控制探测器中本底的方法.目前液氙探测技术对暗物质与核子弹性散射截面的上限已经达到了10-44cm2,今后几年的灵敏度会继续提高2～3个数量级,对暗物质新物理模型做出更好的限制.     

高纯锗探测器在粒子物理与天体物理中的应用

本文介绍了近年来高纯锗探测器技术的发展和新型高纯锗探测器在粒子物理、天体物理领域的应用,特别是高纯锗探测器在暗物质直接探测、双β衰变实验等极低本底的重要基础前沿研究方面的应用.中国已经建成了世界垂直岩石覆盖最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室.中国科学家组成的CDEX研究团队拟利用吨量级的点接触电极高纯锗探测器阵列系统,在中国锦屏地下实验室开展暗物质直接实验研究,本文也介绍了这一实验计划.     

锑化物超晶格长波红外焦平面探测器研究进展

锑化物的研究开始于20世纪50年代,70年代随着超晶格概念及后来能带工程的出现,锑化物在红外探测领域的潜力逐渐显露.基于现实的需求,锑化物材料的生长外延及工艺处理技术取得了快速进步,这也得益于之前对Ⅲ-Ⅴ族材料的大量研究.Ⅱ类超晶格(T2SL)的发展主要源于两个主要原因:首先相对于HgCdTe材料,Ⅱ类超晶格具有低成本、可重复性、可操作性、高均匀性等优势,尤其在长波红外及以上波段,Ⅱ类超晶格相对于HgCdTe的优势更明显.其次与HgCdTe材料相比,Ⅱ类超晶格具有很低的俄歇复合概率,这意味着Ⅱ类超晶格红外探测器具有比HgCdTe探测器更低的暗电流或更高的工作温度,提高长波焦平面的工作温度对于降低成像系统的功耗、尺寸及重量至关重要.另外,大气窗口在8–14μm有最高的透射率,同时温度为室温(300 K)的物体所发射的红外辐射波长大约为10μm.因此,长波红外探测对于InAs/GaSbⅡ类超晶格极具价值.理论上Ⅱ类超晶格红外探测器在等效截止波长下能提供同等或超越HgCdTe探测器的性能.但由于Ⅱ类超晶格材料在少子寿命上与HgCdTe存在很大差距,导致Ⅱ类超晶格探测器在耗尽区有很高的产生复合电流.为了抑制产生复合电流及其他机制暗电流,提出了各种结构并应用于Ⅱ类超晶红外探测器上,如PπMN结构、CBIRD以及单极势垒型等,极大地降低了长波器件的暗电流,同时增加了器件阻抗及探测率.此外,InAs/InAsSb超晶格的提出,避免了由Ga在禁带引入复合中心,有效地提高了少子寿命.随着Ⅱ类超晶格技术及理论的不断完善,锑化物超晶格长波焦平面在可操作性、均匀性、稳定性、可扩展性上的优势将更为明显.     

暗物质直接探测实验现状

 综述了暗物质直接探测实验现状,并对现有主要实验的最新结果和限制进行归纳总结。有些实验已经声称找到了暗物质的疑似信号,但这些疑似信号相互矛盾,而且有些实验又将这些信号区域排除了,需要更进一步的实验才能给出确切的答案。     

Analysis of temperature-dependent characteristics of a 4H-SiC metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetector

We investigate the temperature dependence of current-voltage and spectral response characteristics of a 4H-SiC metal-semicon-ductor-metal (MSM) ultraviolet photodetector in the temperature range from room temperature to 800 K with two-dimensional (2D) numerical simulator ISE-DESSIS. It is found that the dark current and photocurrent increase with the increasing temperature. For the range of 500-800 K, the dark current increases by nearly a factor 3.5 every 150 K larger than that of photocurrent, leading to a negative effect on photodetector current ratio (PDCR). Nevertheless, the PDCR is still greater than 200 even at 800 K, which exhibits the excellent thermal stability. In addition, the responsivity has an unsymmetrical trend. As temperature rises, it is clear that a remarkable red-shift of 12 nm occurs and overall responsivity is enhanced for longer wavelength. While the short-wave-length response remains relatively independent of temperature. The mechanism of indirect and direct band absorption transition is responsible for temperature-dependent spectrum distribution. These findings provide a significant insight on the design of the MSM detector operated at elevated temperature.     

寻找宇宙中的暗物质

宇宙中存在暗物质已经得到大量天文观测的证实,但关于暗物质粒子的本质我们仍旧一无所知。为了理解暗物质的性质,许多暗物质探测实验正在展开。直接探测实验探测的是暗物质粒子与探测器物质碰撞所留下的信号,而间接探测实验则寻找暗物质湮灭的产物,如高能伽马射线、高能中微子、正电子和反质子等。理解暗物质所产生的这些信号需要我们了解暗物质的微观粒子的性质,同时也需要了解暗物质在星系或星系团中的分布形式等宏观性质。随着更大规模、更高灵敏度的实验不断投入运行,暗物质之谜有可能在不久的将来得以破解。     

Filamentary structure on the Sun from the magnetic Rayleigh-Taylor instability

Magnetic flux emerges from the solar surface as dark filaments connecting small sunspots with opposite polarities. The regions around the dark filaments are often bright in X-rays and are associated with jets. This implies plasma heating and acceleration, which are important for coronal heating. Previous two-dimensional simulations of such regions showed that magnetic reconnection between the coronal magnetic field and the emerging flux produced X-ray jets and flares, but left unresolved the origin of filamentary structure and the intermittent nature of the heating. Here we report three-dimensional simulations of emerging flux showing that the filamentary structure arises spontaneously from the magnetic Rayleigh-Taylor instability, contrary to the previous view that the dark filaments are isolated bundles of magnetic field that rise from the photosphere carrying the dense gas. As a result of the magnetic Rayleigh-Taylor instability, thin current sheets are formed in the emerging flux, and magnetic reconnection occurs between emerging flux and the pre-existing coronal field in a spatially intermittent way. This explains naturally the intermittent nature of coronal heating and the patchy brightenings in solar flares.     

基于Pt电极的TiO2紫外探测器研究

针对宽禁带半导体紫外探测器响应不够灵敏和响应度偏低等问题,将具有高功函数的Pt电极引入TiO₂紫外探测器,采用溶胶凝胶法制备了纳米TiO₂薄膜。以金属Pt为电极,采用磁控溅射的方法,将Pt电极溅射在TiO₂纳米薄膜上,制作了MSM (Metal Semiconductor Metal)型紫外探测器件。在5 V偏压下,探测器的暗电流为4.5 nA,260 nm波长光照下的光电流为5.7 μA。在260 nm的紫外光照射下,探测器的响应度达到最大值,约为447A/W,与其他紫外探测器（200 A/W左右）的响应度均值相比有了很大的提升。最后,设计外围电路,制作出功能完整的紫外强度测试仪。实验表明,该探测器成功地解决了传统宽禁带半导体紫外探测器灵敏度及响应度偏低等问题。     

Fabrication of double-walled carbon nanotube film/TiO2 nanotube array heterojunctions with length-dependent photoresponse for broad band photodetectors

A novel photodetector based on double-walled carbon nanotube (DWCNT) film/TiO₂ nanotube array (TNA) heterojunctions was fabricated, which exhibited high photoresponse in a broad spectral range. The photoresponse of the detector was dramatically dependent on the length of the TNAs. High photocurrent-to-dark current ratio with a value of 3360 was observed in the visible range by optimizing the lengths of the TNAs. The photosensitive regions could be extended into the near-infrared range. These results reveal that DWCNT film/TNA heterojunctions show potential applications for broad band photodetectors.