4H-SiC紫外光光电晶体管模拟与分析

根据光电晶体管的物理机理和SiC材料参数,建立了4H-SiC紫外光电晶体管的数值模型,利用Silvco软件对其I-V特性和光谱响应等特性进行了模拟与分析;通过研究4H-SiC紫外光电晶体管不同结构尺寸下的光谱响应特性,对其各区掺杂浓度与厚度等参数进行优化设计。结果表明,优化后的光电晶体管光谱响应范围为200～380 nm,峰值波长为270 nm,相应的响应度为300A/W,而对可见-红外光的响应度均小于2 A/W,具有较高的紫外光分辨率,可以实现在较强的红外及可见光背景下有效地进行紫外光探测。     

PSD光电位置传感器的实现及SOI结构研究

分析了高灵敏度光电位置传感器(PSD)的设计和工艺制作过程,给出了器件制作工艺流程。对制作的器件进行了参数测试,测试结果为:响应波长为600~1200 nm,峰值响应波长为760 nm,位置分辨能力为5μm,位置探测误差为±50μm,暗电流为1.4×10-10A(VR=-5 V),峰值灵敏度为0.8634A/W。同时为提高器件的响应速度,提出了基于SOI技术的PSD器件结构。     

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.     

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。     

对紫和近紫外区有较高灵敏度的硅光电二极管研制

物理系半导体教研室和半导体车间,在原来研制的兰硅光电二极管的基础上,根据新的设想,采用新的工艺措施、研制出光谱响应峰值更向兰移,而且在紫和近紫外区有较高灵敏度的硅光电二极管。光电二极管是一种光探测元件,广泛应用于光辐射的测量、光通讯和自动控制等方面。通常的硅光电二极管或硅光电池的光谱响应波长范围是从400毫微米至1100毫微米,响应的峰值波长大致在900毫微米附近。鉴于通常硅光电二极管的光谱响应特牲,它最适用于900毫微米附近的近红外     

基于多通道窄带滤波阵列的微型多光谱成像仪

设计出一种基于多通道窄带滤波阵列的微型多光谱成像仪.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用多通道窄带滤波阵列在后光学系统进行分光,利用高精度载物台驱动实验目标进行推扫成像,选用USB总线作为数据采集的微机接口.整个系统由宽光谱光源、普通光学镜头、分光滤波片、面阵CCD成像装置、载物台自动装置以及数据采集和控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从760 nm到900 nm,共16个波段,光谱分辨率＜10 nm.系统具有同时获取不同波长光谱信息、结构紧凑、成本低、可靠性强和小型化等优点;不仅能够提供目标在近红外的单波段光谱图像,而且能够获得图像中任意像素的光谱曲线,实现光谱技术和成像技术的结合.     

GaN基MSM结构紫外光探测器

在蓝宝石(0001)衬底上采用低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN外延层, 以此为材料, 制作了暗电流很小的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外光探测器. 测量了该紫外光探测器的暗电流和360 nm波长光照下的光电流曲线、光响应曲线和响应度随偏压变化的曲线. 该紫外光探测器在5 V偏压时暗电流为1.03 nA, 在10 V偏压时暗电流为15.3 nA. 在15 V偏压下该紫外光探测器在366 nm波长处的响应度达到0.166 A/W, 在365 nm波长左右有陡峭的截止边. 从0~15 V, 该紫外光探测器在360 nm波长处的响应度随着偏压的增加而增大. 详细地分析了该紫外光探测器的暗电流、光电流、响应度随偏压变化的关系.     

多晶半导体三碱光电阴极厚度研究

该文利用多晶半导体三碱光电阴极量子产额公式,研究了光电阴极厚度D与光吸收系数α_T(hv)和光电子逸出深度L的关系,指出阴极厚度与光电阴极光谱响应峰值位置有关。对第一类阴极,厚度应为30nm左右。对第二类阴极则为90nm。预计可通过光电阴极光谱响应峰值位置设计光电阴极厚度。研究结果首次定量给出:随着光电子逸出深度和入射光子波长的增加,光电阴极厚度将增加。如果L在40～55nm之间,则对1.0μm敏感的阴极厚度应在120nm左右。     

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.     

镜像对称的光子晶体透射带特性

通过传输矩阵方法计算了镜像对称光子晶体的带隙结构,结果表明该结构具有优越的窄带滤波性能.如果在该光子晶体两端均加入较高的折射率介质,构成夹心"三明治"结构,这时的光子晶体透射带结构出现多通道滤波特性;当两端加入不同的较高折射率介质但其光学厚度仍保持为基本结构单元的光学厚度时,得到宽度为50~2500 nm大范围的低透射区,其具有宽带阻波作用;当两端加入的不同高折射率介质但光学厚度变为基本光学厚度的两倍时,则得到在中心波长处出现非常窄的完全透射峰,这种带隙结构可用来设计优异理想窄带滤波器.     

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%.     

基于高速微弱光电探测相关技术的浅析

高速微弱光电探测技术在激光通信中应用广泛,如何在噪声环境中检测出所需信号是一个难点。首先对光电探测器主要部分(光电二极管与放大器)的参数进行分析,然后分析了光电二极管输出信噪比,得出提高光电探测灵敏度关键在于选择恰当的器件以及设计合理的放大电路。通过搭建具体的实验电路,经过测试,该电路在工作波长为1 550 nm脉冲信号,传输速率为2.5 Gb/s条件下,误码率为10-12时,探测器灵敏度可达到-24.8 dBm,实现了高速微弱信号的探测。     

CCD光学多道分析器及其在光谱数据采集中的应用

由列阵探测器(线阵或面阵)、多色仪及专用微机组成的光学多道分析器(OMA-OpticalMulti-Channel Analyzer)已经得到广泛应用。但OMA系统的价格昂贵。我们使用线阵电荷耦合器件(Charge Couple Device-CCD)作为列阵光信号探测器,使用小型多色仪,以PC/XT(或286)微机处理光谱数据并由打印机输出光谱图。该0MA系统探测灵敏度～0.11_x,探测波长范围400·0nm-7000nm,波长分辨率0.1nm(546.1nm处),加F—P标准具后,分辨率达到0.O1 cm~(-1),基本上达到了进口OMA系统的指标。该多道分析器已被用于发射光谱、吸收光谱、受激散射光谱以及高温体的热辐射谱的采集与分析,得到了良好的实验结果。     

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.     

高速OCT应用中光电探测阵列的性能分析

光学相干层析成像(OCT)是一种非接触、无创的新型层析成像技术,它利用弱相干光反射测量技术,对体内生物组织结构进行高分辨率层析成像．笔者利用基于共焦模式的OCT蒙特卡罗仿真模型研究了在OCT、系统中高散射生物组织背向散射光的漫反射率,指出满足相干条件的背向散射光强是样品臂入射光强的10-8~1O-10．具体CCD探测器阵列的分析显示OCT系统高速成像的关键在于提高光电探测阵列的响应灵敏度．如果要实现一定分辨率的视频成像,响应灵敏度必须大于4 200 V／(μJ·cm-2),这是当前光电探测阵列所无法实现的．     

二维材料偏振响应光电探测

各向异性二维材料由于其晶体结构的特殊性,在电学或者光学性质(如光致发光光谱、拉曼光谱、光吸收谱和电导率等)上表现出各向异性。这些性质引起了研究人员的广泛关注,特别是在光电探测方面的研究进展非常迅速,为其在光电器件的设计和开发中提供了巨大的应用潜力。文章从本征偏振探测和结构改进两方面综述了近几年来各向异性二维材料在偏振光电探测领域的发展和成果。首先阐述了各向异性二维材料的晶体结构特点和各向异性的来源,然后介绍了基于这类材料制备的多种偏振敏感光电探测器,接着提出了各向异性二维材料在光电探测应用上的重要性,最后基于现状提出了其所面临的挑战及机遇。     

AlGaAs基光电阴极光学性质计算模型分析

为了分析不同波长响应对光电阴极结构的要求,提出适用于各类响应的AlGaAs基光电阴极的计算模型.通过宽光谱响应GaAs和窄带响应AlGaAs基光电阴极样品试验证实模型的有效性.基于该模型仿真研究AlGaAs基光电阴极组件中GaAs发射层及各子层、AlGaAs窗口层、Si₃N₄增透层的厚度与400～900 nm单波长光子吸收情况的分布关系.仿真结果表明,同一波长响应下,GaAs发射层对光电阴极吸收率的影响最大,其次是Si₃N₄增透层,而AlGaAs窗口层对吸收率的影响不明显.要得到90%以上的吸收率,在600 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于0.5μm, 700 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于0.8μm, 800 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于1.5μm.400～600 nm波段的光子主要在GaAs发射层表面0.2μm内被吸收,700～800 nm波段的光子主要在GaAs发射层表面0.6μm内被吸收,而850 nm以后的光子在各子层间的吸收比较均匀.该结论对不同响应AlGaAs基...     

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.     

Ag纳米颗粒局域表面等离子体共振增强CsPbBr3纳米片光电探测器性能研究

采用热注入法,通过添加短链配体辛酸和辛胺制备金属卤化物钙钛矿CsPbBr_3纳米片,引入AgBr作为Ag前驱体,通过光照还原合成Ag@CsPbBr_3复合纳米片,组装Au/CsPbBr_3/Au和Au/Ag@CsPbBr_3/Au光电导型探测器.研究发现,探测器对520 nm可见光具有良好的探测性能,在Ag纳米颗粒局域表面等离子体共振效应的作用下,探测器响应度由198.6μA/W增至240.3μA/W,增幅达21%.该探测器在520 nm波段光电响应良好,在未来的可见光通信中具有重要的应用前景.     

低温绝对辐射计国内比对实验研究

低温绝对辐射计是目前光学遥感定标和光学计量领域最高精度功率标准,其测量精度无法通过更高精度的标准予以校验,两个最高精度初级标准之间的实验比对是评价最高标准测量精度的有效方法之一.中科院安徽光机所和华东电子测量仪器研究所在国内首次开展了低温绝对辐射计比对定标实验,分别利用两台不同致冷方式的低温绝对辐射计作为初级标准,中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器B作为传递标准探测器,在632.8和1064nm两个波长对硅陷阱探测器B的绝对光谱响应度进行了绝对定标,测量的功率点分别为200和150？W.测量的绝对光谱响应度的相对差异分别为6.06×10？5和8.49×10？4,定标总合成不确定度分别为0.093786%和0.105166%,验证了参与比对低温绝对辐射计定标系统的稳定性、高精度和可靠性.