红外热电探测器的一维扩散理论与薄膜型热电探测器的分析

本文对现有的红外热电探测器的一维扩散理论作一些补充,给出一套响应率?,噪声等效功率NEP,和D的计算公式。然后应用这套公式,通过实例计算估计了薄膜型热电探测器的发展前景。结果: (i)如在厚度超过热扩散长度的底板上制造薄膜器件,其低频性能将远不如悬空薄器件。这种底板不但会使薄膜器件的响应率显著下降,同时也使温度噪声大为上升,有时甚至成为器件主要噪声的重要组成部分。(ii)如在薄膜底板上制成薄膜器件,其低频NEP有可能比悬空薄器件降低一个数量级。     

带衬底的半透明前电极热释电探测器的分析

本文用热扩散模型给出了带衬底的半透明前电极热释电探测器响应率表达式,并计算了在衬底和热释电材料吸收系数共同影响下的器件响应率和噪声等效功率,着重分析了热释电材料吸收系数对热释电探测器性能的影响及器件最佳响应厚度与频率之间的关系。     

体吸收、边电极热电探测器响应率的两种等价表达式

本文把体吸收过程转化为相应的面吸收过程,用一维热扩散模型推出了体吸收、悬空型、边电极热电探测器响应率的表达式,并与参考文献[1]给出的响应率表达式作了分析比较。结果表明:两种表达式是等价的,而本文给出的表达式形式简单,应用方便。     

超高频区SBN热电探测器的阻抗特性和调谐热电探测器

本文给出了超高频区(MH_z以上)SBN热电探测器阻抗随频率变化的测量结果,考虑到压电谐振和电极引线的影响分析了该阻抗特性。本文认为利用阻抗谐振特性可使器件的响应率提高1/tgδ倍。     

热释电探测器的数理分析

依椐热扩散数理模型,给出了热释电探测器响应率的数学表达式,计算了在衬底和热释电材料吸收系数共同影响下的器件响应率和噪声等效功率,着重分析了热释电材料吸收系数对热释电探测器性能的影响及器件最佳响应厚度与频率之间的关系。     

超导辐射热探测器的响应率研究

分析了超导辐射热探测器的响应率，根据热平衡方程，考虑偏置电流对器件工作点的影响，推导出更具普适意义的超导辐射热探测器的响应率计算式，修正了传统的响应率公式，采用复合介质热传导模型，精确分析了热传导效应对器件红外响应的影响。     

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。     

超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池光伏性能的影响

基于热蒸镀法制备了超薄透明银(Ag)电极,将其利用在半透明有机太阳能电池中,研究了超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池透射率和光伏性能的影响.测试不同厚度Ag透明电极的透射率发现,当Ag电极厚度由15 nm增加到20 nm时,可见光区的透射率逐渐降低.透明Ag电极的厚度在18 nm时,器件在可见光区的平均透射率...     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

介电型电活性聚合物应变响应的优化

为了得到最佳DEAP(介电型电活性聚合物)变形量,用正交试验法综合分析了电场强度、预拉伸率、柔性电极厚度、预拉伸后放置时间、柔性电极填充粒子五个因素对DEAP应变响应产生的影响,同时对各因素的显著性进行了数量对比分析.研究结果推导出各因素对DEAP变形量的影响大小,顺序依次为电场强度、柔性电极填充粒子、预拉伸后放置时间、预拉伸率、柔性电极厚度,确定了最佳制备参数,并指出在最佳制备参数的条件下制得的DEAP变形量为221.3%.     

密封式可穿戴摩擦电传感器件的制备与性能优化

以尼龙织物为基底材料和正摩擦材料,聚氨酯(PU)为负摩擦材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料,导电银浆为电极层,在负摩擦层和电极层之间添加聚酰亚胺(PI)薄膜作为增强层,设计并制备一种基于摩擦纳米发电机(TENG)的气囊式可穿戴摩擦电传感器。利用扫描电子显微镜和电子示波器对该柔性器件的微观结构与输出性能进行表征,探究了PI膜厚度、气囊内部充气量、外部施加压力及其作用频率对输出性能的影响。结果表明：当PI膜厚度为15μm、充气量为1 mL、压力作用频率为3 Hz时输出性能最佳,达到电荷饱和状态后输出电压可达15 V。由于气囊密封结构独特的回弹性和对外界压力变化的响应敏感性,该器件具有良好的灵敏度(0.34 V/kPa)、优良的稳定性和防水性,可实现人体运动行为的实时检测,在可穿戴传感领域具有很大潜力。     

转盘电极阳极溶出法测定整平能力

根据微观不平整型面上峰处与谷处扩散层厚度不同,本文以转盘电极的不同转速模拟微观型面上的峰与谷,提出转盘电极阳极溶出法测量镀液中整平剂的整平能力,并应用此法测定整平剂的浓度。应用本文提出的方法测定了丁炔二醇等常用的镀镍整平剂的整平能力及最佳整平浓度。后者的结果与文献报道的很一致。实验表明,整平剂的相对阻化率(Q_s—Q_r)/Q_s与整平剂浓度(在小于最佳整平浓度范围内)呈线性关系,可作为定量测定整平剂浓度的工作曲线。测定结果的相对误差小于10％。     

InGaAs短波红外探测器的光电机理

利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型。在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响。研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低。由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据。     

室温InSb光导器件的最佳参量

本文利用我们曾得到的关于探测率D_λ的表式,计算了P型室温InSb光导器件的最佳参量。计算表明,若工艺能使表面复合速度低于10~3cm/sec,又接近本征浓度,且器件厚度为3μ时,其探测率D_λ最高。若在减薄器件厚度的同时,带来更高的表面复合,则这种工艺是不可取的。计算还表明,多数载流子浓度P_0较低的材料,能适应较大的工艺范围,而P_0大于1×10~(17)cm~(-3)的材料是不可取的。此外,利用本文所给方法,可以计算其他光导器件的最佳参量。     

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。     

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.     

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%.     

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。     

一种ZnO单晶肖特基结X射线探测器及其特性研究

针对传统的硅基辐射探测器在极端环境应用中表现出抗辐照和耐高温能力差的问题,提出并实现了一种采用ZnO单晶制备的肖特基结X射线探测器,并对其各项电学特性进行了测试分析。利用磁控溅射法在ZnO单晶的两面分别制备了Au电极和Al电极;在400℃下退火使得Au-ZnO形成肖特基接触,Al-ZnO形成欧姆接触。常温暗场条件下电流特性测试结果表明：器件的反向电流与温度的倒数成指数关系;在-10 V反向偏置电压下的器件电流为15μA,10 V正向偏置电压下的电流为100μA;在偏置电压为-10 V时测量器件对X射线的响应,发现响应电流随射线电子束流的增加而增加;当加速电压为30 keV、入射X射线电子束流在1～10μA范围内时器件有较高的能量分辨率;在偏置电压为-10 V条件下对器件施加以周期性光照时,器件上升时间和下降时间分别为0.04 s和3.59 s,响应速度快且重复性好。该研究结果表明,基于ZnO单晶的Au/ZnO/Al结构的肖特基结探测器件在X射线探测领域具有较好的应用前景。     

Nb_5N_6 microbolometer太赫兹检测器

随着太赫兹科学技术的快速发展,太赫兹检测器件的性能也在不断提高,为微弱信号的检测和太赫兹成像奠定了坚实的基础.本文针对Nb5N6薄膜材料,研制了Nb5N6microbolometer阵列芯片及其基于这种芯片的太赫兹准光型接收机.单个Nb5N6 microbolometer的直流电压响应最高达760V/W,对应的直流噪声等效功率(NEP)为1.3×10-11 W/√Hz.在实际系统中,由串联结构的Nb5N6 microbolometer构成的准光接收机,光学电压响应率高达428V/W,对应的光学噪声等效功率(NEP)为2.3×10-11 W/√Hz.Nb5N6 microbolometer太赫兹检测器室温工作、工艺简单、检测灵敏度高,响应时间快,便于集成超大规模阵列,为太赫兹信号检测提供了一种有效的途径.