一种新型红外探测器的介绍——量子点红外探测器

本文简单介绍了半导体量子点材料的基本性质及相应的红外探测器的工作原理,并举例讨论了几种典型的量子点红外探测器的结构。最后,对量子点红外探测器的主要优点进行了总结。     

量子阱红外探测器研究现状及展望

经过近30年的发展,量子阱红外探测器的研究工作取得了长足的发展。本文介绍了国内外量子阱红外探测器的最新研究成果,着重阐述了量子阱红外探测器的结构,工艺流程,存在的问题,并展望了量子阱红外探测器未来的发展方向。     

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.     

Ga1-xAlxN/GaN量子点红外吸收谱

用有效质量理论对Ga1_xAlxN/GaN量子点的红外吸收谱进行研究.采用差分方法求解量子点的薛定谔方程,给出量子点的导带子带能谱.计算发现量子点的基态束缚能随Al分数x的增加而增大,随其半径的增大而减小.计算量子点的吸收系数发现,量子点的体积大小严格控制着它的光子吸收特征,量子点半径变小时,其吸收峰发生蓝移,相应吸收峰的峰值也就越大,研究结果对于设计高性能的红外光电探测器和激光器具有指导意义的.     

红外光电子学中的新族——量子阱红外探测器

回顾了近10年基于半导体中量子限制效应红外探测器的进展．主要关注的是二维限制结构,即量子阱结构,形成的区别与传统红外光子探测的子带跃迁机理．在红外光电子领域作为新族的量子阱红外探测器（quantum well infrared photo-detector,QWIP）与最典型的红外探测器代表碲镉汞红外探测器进行了各自特色的分析,包括基本工作机理和材料与器件的制备技术等方面．对于QWIP发展的回顾提升了与碲镉汞红外探测器之间的互补关系．也给出了对于QWIP在未来发展方面的基本趋势．     

油溶性及水溶性碳量子点敏化太阳能电池性能

以纯柠檬酸为碳源,分别使用十六胺(HAD)和4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺作为碳量子点表面钝化剂,采用一步合成法合成油溶性及水溶性2种碳量子点,以此为染料制备出染料敏化太阳能电池,研究了其光电性能和电化学阻抗谱.该电池采用光阳极-电解质-光阴极(对电极)结构.光阳极采用TiO2纳米颗粒多孔薄膜结构,电解质为常用I-/I3-电解质体系,光阴极为Pt薄膜电极.测试结果表明:在AM 1.5G标准太阳光照下,油溶性碳量子点敏化太阳能电池的短路光电流为0.515 mA/cm2,开路光电压为0.461 V,填充因子为63.17%,转化效率为0.15%;水溶性碳量子点敏化太阳能电池的短路光电流为0.598 mA/cm2,开路光电压为0.549 V,填充因子为65.59%,转化效率为0.22%.数值均优于已报道的文献.     

红外及远红外激光探测器

本介绍了近年来红外及远红外技术中探测器材和探测器体系结构的一些新发展，并介绍了HgCdTe探测器，非本征光电导体，多量子阱红外探测器，高温超导红外探测器和肖特基势垒混频器五种新的探测器及探测机理。     

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.     

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.     

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.