天文用阻挡杂质带红外探测器

低温目标红外辐射的灵敏探测和成像在航天和深空探测中具有重要的应用价值.300 K以下低温目标的辐射强度很弱,辐射特征波长位于中远红外区.阻挡杂质带红外探测器是中远红外探测器中重要的一员,具有覆盖波段宽、灵敏度高、暗电流低、抗辐射性能高等优点,能够胜任空间技术和天文探测在中远红外波段探测的苛刻要求.本文以红外天文探测对红外探测器的应用需求作为出发点,主要就国内外红外天文学、红外天文探测器发展概况,阻挡杂质带红外探测器发展历史及其材料、器件结构等方面做了简要综述,并简明扼要地介绍了阻挡杂质带探测器的器件物理模型.     

表面等离激元光栅在高灵敏红外探测器中的应用

金属中大量自由电子可以与电磁波耦合在金属表面形成表面等离激元(Surface Plasmon Polariton, SPP),能够将光辐射能量有效耦合并束缚在金属表面,在近场范围内形成显著的场增强效应.基于金属周期性结构形成的表面等离激元光栅在利用近场场增强效应的同时,可以灵活设计共振波长,因而在高灵敏红外探测器研发中得到广泛应用.采用半导体双量子阱(Quantum Well, QW)结构的电荷敏感型红外光晶体管探测器(Charge Sensitive Infrared Phototransistor, CSIP)是一种新型的高灵敏度红外探测器,它利用光敏浮栅(Photo-Gating)效应实现红外光电转换过程的倍增效应,因而具有波长可调、灵敏度高、光响应率高等优点.本文综述了表面等离激元光栅在CSIP红外探测器件中的设计和应用的研究进展,阐述金属孔阵列光栅的光耦合物理机制和场增强效果、偏振转换效率等特性,通过设计优化的表面等离激元耦合结构,提升CSIP器件光耦合量子效率,然后阐述了CSIP红外光探测器的生长结构、工艺流程,结合荧光谱测试、电流-电压(Current-Voltage, I-V)测试、慢步进扫描光谱测试等技术展示CSIP红外光探测器光电探测性能.最后进一步展望了SPP耦合CSIP高灵敏红外探测器的未来发展和应用研究趋势.     

硅基阻挡杂质带红外探测材料与器件研究进展

红外探测在天文物理研究领域具有极其重要的应用前景,由于天文深空探测对象的特殊性,对红外探测器的性能要求十分苛刻.阻挡杂质带(BIB)红外探测器,因其具有响应波段宽、噪声低、灵敏度高以及抗辐射性能好等优点,在过去30年中发展成为国际上天文领域首选的红外探测器.BIB红外探测器的探测波长覆盖中红外到远红外波段,它的推广应用促进人类在天文深空探测领域取得了一系列重大的科学成果.我国在BIB红外探测器的研究起步较晚,近年来也取得了较大进展,但是与国际领先水平相比尚有较大差距.本文主要回顾、评述了过去5年多我国在BIB红外探测器领域的研究进展,对BIB红外探测材料及其相应BIB器件的制备工艺、物性表征和光电响应特性,以及表面等离激元对器件光电响应的调控等做了详尽介绍,为我国BIB红外探测器的发展提供参考和实验依据.     

聚对二甲苯防潮薄膜的研究

采用原子力显微镜、红外光谱、X射线光电子能谱、紫外-可见-近红外分光光度计的测试方法,对聚对二甲苯薄膜的表面形貌、组成和光学性能进行研究.实验结果表明:真空气相沉积工艺制备的聚对二甲苯薄膜表面光滑均匀.薄膜主要由含氯取代基的苯环和亚甲基组成,表面有微量的C—O键生成.薄膜在可见-近红外波段的光透过率超过80%.聚对二甲苯薄膜包覆的变色硅胶浸入水中的防潮变色时间可达150 d,防潮性能明显优于传统的环氧树脂、聚氨酯等材料.薄膜的激光损伤阈值为4 J.cm-2(1 064 nm,1 ns).     

低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器

采用高纯半导体碳纳米管薄膜和石墨烯构建复合结构光探测器, 研究其光电响应特性。结果表明, 在光照下, 顶层石墨烯中的光生载流子通过碳纳米管与石墨烯之间薄的非晶硅层, 隧穿至底层的碳纳米管薄膜中, 在非晶硅层两侧分别富集电子和空穴, 形成光致栅压(Photogating), 有效地改变了碳纳米管薄膜晶体管的电流。器件在可见光(633 nm)条件下得到响应度为83 mA/W, 并在近红外波段范围内仍保持好的光响应特性。由于石墨烯具有宽谱光吸收特性, 半导体碳纳米管薄膜晶体管具有小的暗电流, 碳纳米管–石墨烯复合光探测器发挥了两种材料的优势, 为今后高性能宽谱光电探测器的制备奠定了基础。     

一种数字式红外火焰探测器

目的 寻求一种可靠性高、可探测设备内外火情的火焰探测器。方法 应用红外辐射原理,采用响应波长范围为１．５～３．０μｍ的流化铅光敏电阻作为红外光敏探测器件,由４个探测器件两两配对,构成具有２＋２测量区域的双红外系统,可探测半球区域的数字式红外火焰探测器。结果与结论 该探测器抗干扰能力强,对光窗污染不敏感,可用于探测设备内外火情,特别适用于易燃易爆场合的火情监测。     

新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战

红外光电探测器已经历了半个多世纪的发展,先后出现了机械扫描式单元及线列探测器和凝视型红外焦平面探测器两代探测器技术,并形成了一个庞大的红外探测器器件家族.近年来人们逐渐提出了以高探测率、大面阵、低成本、多光谱为技术特点的第三代红外探测器概念.锑化物红外探测材料以其具备的优越光电性能:量子效率高,暗电流小,微带带隙可调,均匀性高、成本低等,成为第三代红外焦平面探测器的最优选材料.本文回顾了近年来国内外第三代红外探测器材料与器件的研究发展历程,重点阐明了锑化物II类超晶格红外探测材料在技术上的优势及其国内外发展现状.通过分析个多个重点研究机构的技术发展历程,阐明了锑化物材料与器件研究的发展趋势,面临的挑战以及今后数年内该领域的研究重点.     

新的红外材料——碲化铅锡

美国布莱锡公司研制成功一种8—13微米波段的碲化铅锡光生伏打p—n法红外探测器。这种红外探测器在军事上可用来监视和探测车辆和人员,在医学上用来自动记录温度。光生伏打型探测器具有响应速度快的(低至20毫微秒)优点,而探测度也可与光电导型     

透明耐高温聚酰亚胺薄膜的制备及形状记忆性能的研究

本研究以N,N′-(2,2′-双(三氟甲基)联苯-4,4′-二基)双(1,3-二氧代-1,3-二氢异苯并呋喃-5-甲酰胺)(TATFMB)和4,4′-二氨基-2,2′-双(三氟甲基)联苯(TFMB)为单体制备聚酰胺酸(PAA)溶液,加入八(氨基苯基三氧硅烷)(OAPS)作为交联剂,通过热亚胺化得到了透明聚酰亚胺薄膜.差示扫描量热法(DSC)、动态热机械分析(DMA)和热失重分析(TGA)测定表明,多面体聚硅氧烷(POSS)结构的引入提升了材料的耐热性与热稳定性,同时赋予材料形状记忆性能.相比于以往报道的形状记忆聚酰亚胺,TATFMB/TFMB/OAPS聚酰亚胺薄膜具有高的玻璃化转变温度(tg).该薄膜具有良好的透明性(400～800nm平均光透过率92%,500nm处透过率91%).热机械分析(TMA)测试的结果表明,二酐单体TATFMB的引入使得聚合物具有较低的热膨胀系数(CTE).所制备的透明耐高温聚酰亚胺薄膜拓展了聚酰亚胺材料在光电显示器件与高温形状记忆材料领域的应用.     

InGaAs近红外激光雷达光电探测器研究进展

激光雷达是激光探测及测距系统的简称,它可以发射定位激光束,通过测定传感器、发射器与目标物体之间的传播距离来定位目标物体的位置,并呈现目标物体的三维结构信息。InGaAs是一种典型的Ⅲ-V族半导体材料,它在(0.35～1.42)eV范围内可调的禁带宽度使其在(0.9～1.7)μm波段具有广泛的应用,被认为是1 550 nm激光雷达探测器的理想材料。本文综述基于InGaAs的激光雷达光电探测器的器件结构、光电特性及InGaAs焦平面光电探测器在激光雷达探测领域的研究进展。目前,基于InGaAs光电探测器的最大响应度达0.57 A/W,最低暗电流低于0.75 pA/μm²,焦平面阵列已经发展到1 280×1 024,像元间距15μm。InGaAs近红外激光雷达探测器的响应波段位于1 550 nm,具有人眼安全、发射激光功率大、大气透过率高等优势,探测距离可达150 m,大视野120°×25°,在高阶辅助驾驶、无人驾驶、服务机器人等领域具有较大的应用潜力。