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＊=5．14×10^9cm．Hz^1.2/W、单元黑体单色探测率Dλ＊=4．24×10^10cm．Hz^1/2/W．通过铟柱与互补式金属一氧化物一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 planearray）在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99．22％、平均响应率R=3．485×10^6V/W、响应率的不均匀性UR=5．83％、平均黑体探测率典型值Db^＊=2．181×10^8cm．Hz^1/2/w、平均单色探测率Dλ^＊=8．288×10^9cm．Hz^1/2/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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

InAsSb thick epilayers applied to long wavelength photoconductors

InAs_0.052Sb_0.948 epilayers with cutoff wavelengths longer than 8 μm were successfully grown on InAs substrates using melt epitaxy (ME). Scanning electron microscopy observations show that the interface between the epilayers and substrates is flat, indicating the good quality of the epilayers, and the thickness of the epilayers is 40 μm. Photoconductors were fabricated using InAs_0.052Sb_0.948 thick epilayers grown by ME. Ge optical lenses were set on the photoconductors. At room temperature, the photoresponse wavelength range was 2–10 μm. The peak detectivity D_λp* reached 5.4 × 109 cm·Hz1/2·W?1 for the immersed detectors. The detectivity D* was 9.3 × 108 and 1.3 × 108 cm·Hz1/2·W?1 at the wavelength of 8 and 9 μm, respectively. The good performance of the uncooled InAsSb detectors was experimentally validated.     

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.     

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.     

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%。     

基于非富勒烯受体IEICO-4F的倍增型有机光电探测器

以非富勒烯材料O-IDTBR和IEICO-4F为电子受体,采用溶液法制备结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶O-IDTBR/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO-4F/Al的2种倍增型有机光电探测器. IEICO-4F器件在波长400 nm和790 nm处的最高外量子效率(EQE)分别达7 220% 和1 610%. 在-15 V偏压下,IEICO-4F器件EQE大于100%的光谱响应范围(300~840 nm)比O-IDTBR器件(320~740 nm)宽120 nm. 与-15 V偏压下的O-IDTBR器件相比,IEICO-4F器件在波长400、510、600、790 nm处的EQE(2 630%、1 220%、1 900%、409%)分别提升1.7、1.2、0.5、24.5倍以上. 此外,IEICO-4F器件在400、510、600、790 nm处的探测灵敏度(4.8×1012、2.8×1012、5.2×1012、1.5×1012 cm·Hz1/2·W-1)分别是O-IDTBR器件的3.2、2.5、1.8、30.6倍. 结果表明:采用吸收与P3HT更互补(带隙更窄)的非富勒烯材料IEICO-4F为电子受体,有利于提升倍增型有机光电探测器的性能(特别是器件对近红外光的响应与探测能力),并拓宽器件的光谱响应范围.     

量子阱GaAs太阳电池性能随质子辐照注量的变化

2MeV,1×109～2×1013 cm-2质子辐照量子阱GaAs太阳电池,用I-V特性和光谱响应测试分析辐射效应.研究表明,随辐照注量增大,电池Isc,Voc,Pmax衰降程度增大,相同的注量,Pmax衰降程度最大.当辐照注量大于3×1012 cm-2时,电池Isc衰降程度比Voc的大,当注量小于3×1012 cm-2时,电池Voc衰降程度比Isc的大,与量子阱结构受到损失有关.在整个波长范围,随辐照注量增加,相对光谱响应的衰降变化增大,在900～1000nm波长范围,2×1013 cm-2质子辐照电池使量子阱光谱响应特性消失.     

微测辐射热计阵列结构的制备

为了研究和优化二氧化钒(VO2)微测辐射热计的制备工艺,采用微电子机械系统(MEMS)体硅工艺制备了VO2微测辐射热计,经过研究和改进制备工艺,制得的微测辐射热计结构稳定,成品率高;经测试及计算,其响应率可达34.3 kV/W,探测率为1.2×10~8 cm·Hz~(1/2)/W,响应时间约为65.3 ms.此器件性能达到国内外同类器件水平.     

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。     

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。     

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.     

多维广义线性模型极大拟似然估计的渐近正态性

对固定设计的多维广义线性模型, 在λ(1/2/n)(1)/(2)λn/n→0和其他一些正则性条件下,证明了自然联系函数下的拟似然方程n∑i=1xi(yi-μ(x′iβ))=0 的解β^n即拟似然估计的渐近正态性, 其中,λn(λn) 表示∑ni=1xix′i的最小(最大)特征根, xi是有界的p×q回归变量,yi 是q×1响应变量.     

ZnTe:Ga/Si绿光光电探测器

文章以Ga/Ga_2O_3为掺杂源,通过化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)实现了ZnTe:Ga纳米线的合成,利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)仪、透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征其形貌、结构与成分,并构建了基于其的底栅场效应器件。实验结果表明,产物纳米线具有较为明显的p型半导体特性,电导率为2.55S/cm,空穴迁移率为1.33cm~2/(V·s)。经过光刻与刻蚀工艺制备了p-ZnTe:Ga与n-Si构成的p-n异质结,测试发现制备的p-n异质结具有明显的整流特性,正向开启电压约为1.2V,在±2V时整流比约为500,在-2V偏压时,器件在光的照射下光电流显著增加,响应度R为6.51×10~3 A/W,比探测率为1.41×10~(13) cm·Hz~(1/2)/W。最后,探讨了基于光电探测器异质结的工作机制,发现ZnTe:Ga纳米线在光电探测领域具有很大的应用潜力。     

980nm应变量子阱激光器外延层工艺参数的优化设计

对980 nm应变量子阱激光器的外延层工艺参数进行优化设计。通过理论计算和软件模拟相结合的方法,优化了量子阱的结构,研究了波导层、包层中的Al组分对量子阱激光器效率的影响。根据优化结果,采用金属有机化合物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术外延生长了激光器的材料,并进行测试。测试结果表明,在室温下,当工作电流为1 A时,阈值电流为150 mA,斜率效率为0.48 W/A(采用150μm×500μm,未镀膜器件),输出功率为400 mW。