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*=5.14×109cm·Hz1/2/W、单元黑体单色探测率Dλ*=4.24×1010cm·Hz1/2/W.通过铟柱与互补式金属-氧化物-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 plane array)在积分时间100μs时,有效像元率Nef=99.22%、平均响应率R=3.485×106V/W、响应率的不均匀性UR=5.83%、平均黑体探测率典型值Db*=2.181×108cm·Hz1/2/W、平均单色探测率Dλ*=8.288×109cm·Hz1/2/W.器件已适合进行室温目标的热像图.     

溅射氧化耦合法制备Ti掺杂VO_2薄膜及其极窄回滞特性

采用溅射氧化耦合法,在Al2O3基底上成功实现了对VO_2薄膜的Ti元素掺杂.通过光电子能谱(XPS)的分析,试验制备的VO_2薄膜具有较高的纯度,只含有少量+3价V,同时也对Ti元素的含量进行了定量分析,分析结果证明了试验设计的合理性.通过测量VO_2薄膜在不同温度下的方块电阻,绘出了其电阻-温度曲线,并分析得到了Ti不同掺杂含量下的相变温度与回滞宽度.研究结果表明,Ti掺杂对VO_2薄膜的相变温度没有明显的影响,但可以有效地使VO_2薄膜的回滞宽度变窄,甚至接近于单晶VO_2的回滞宽度.该试验对于VO_2薄膜的开关器件应用具有重要意义.     

Mo掺杂VO_2薄膜的制备及其相变性能

以蓝宝石片(Al2O3)为基底,使用溅射氧化耦合法,通过氧化V/Mo/V结构的金属薄膜夹层制备了不同Mo掺杂量的VO_2薄膜,使用原子力电子显微镜、光电子能谱和四探针测试仪对薄膜的形貌、成分和相变特性进行了分析.结果表明:Mo元素成功掺杂进入VO_2的晶格,且VO_2薄膜相变温度从65.03℃降低至51.36℃,同时伴随着回滞宽度和相变数量级一定程度的减少.此试验成功改变了VO_2薄膜的相变温度,对于智能窗等方向的应用具有重要意义.     

应用Ti掺杂提高VO2薄膜太阳光红外能量调制能力

二氧化钒薄膜独特的半导体-金属相变特性使其在智能窗等领域有着广阔的应用前景。该研究采用直流反应共溅射技术沉积二氧化钒薄膜,通过调节Ti靶的放电电流,实现了VO_2薄膜不同量的Ti掺杂。并用X射线衍射仪、微区拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、分光光度计与四探针测量系统对样品微结构及相变特性进行表征,分析不同Ti掺杂量对VO_2薄膜微结构、表面形貌、相变温度、红外调制率的影响。研究结果表明,在Ti靶15 mA放电电流下掺杂的样品,太阳能调制能力有明显提高,达13.8%,但是过高的Ti掺杂则会使VO_2薄膜相变性能弱化甚至消失。     

采用超晶格结构实现C过量掺杂Ge2Sb2Te5材料的相变性能研究

研究了C过量掺杂Ge₂Sb₂Te₅^GST相变材料的相变特性与微观结构,制备了一系列包含周期性2nmC薄膜与GST薄膜的超晶格结构复合相变薄膜材料.研究发现,相变材料的相变性能与GST的厚度有较强的依赖关系,反映出C掺杂比例对GST相变性能的影响.随着GST厚度的逐渐降低,高温下C的自发扩散导致GST的掺杂效应逐渐增强,超晶格体系的非晶—晶态相变逐渐被抑制.在此结构中,过量的C掺杂导致体系越来越难以发生相变,甚至失去相变特性.同时,由于C-Ge、_C-Sb和C-Te键不稳定,多次可逆的非晶—晶态转变后体系将同时出现未掺杂的GST成分与C掺杂的GST的成分,因此有可能出现稳定的三相.最后,制备了基于[GST(8nm)/C(2nm)]₅相变薄膜的相变存储器件,器件的测试结果证实体系能够出现稳定的三电阻态.</sup>     

钨掺杂二氧化钒粉体的制备和热致变色性能

通过水解硫酸氧钒并在N2保护下573~1073 K煅烧水解产物得到二氧化钒粉体,掺入钨酸盐与硫酸氧钒共水解可得到钨掺杂二氧化钒,将二氧化钒与树脂共混制备了复合涂层.运用正交实验优化了煅烧条件,并用DTA,TG,XRD,XPS,XRF,DSC,Vis-NIR光谱等方法进行了表征.表征和研究结果证明:粉体为均一的单斜相,符合二氧化钒的化学组成比(VOx,x=2);钨酸钠加入量与掺钨量成正比;二氧化钒的金属半导体相变温度可通过掺钨降低至室温或更低;相变性能也与研磨分散时间相关;钨掺杂二氧化钒粉体共混涂层在室温下能够显示出热致变色性能.     

氧化法在石英衬底上制备氧化钒薄膜及氧化过程和性能的研究

采用直流溅射法在石英衬底上沉积不同厚度的金属钒(V)膜,在空气氛围中进行不同温度热氧化处理获得性能最佳的退火温度和薄膜厚度。用X射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱仪分别研究了薄膜的晶体结构,红外透射性和表面组分。结果表明:厚度约为100 nm的金属钒膜在空气中370°C下氧化60 min制得VO2含量较高,相变温度45℃,热滞宽度约10℃,高低温光透过率变化41%的氧化钒薄膜。     

对向靶磁控溅射纳米氧化钒薄膜的热氧化处理

采用直流对向靶磁控溅射方法制备低价态纳米氧化钒薄膜,研究热氧化处理温度和时间对氧化钒薄膜的组分、结构和电阻温度特性的影响采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对氧化钒薄膜的组分、结晶结构和微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量．结果表明,经300～360℃热处理后,氧化钒薄膜的组分逐渐由V2O3和VO向VO2转变,薄膜由非晶态变为单斜金红石结构,具有金属半导体相变性能;增加热处理温度后,颗粒尺寸由20nm增大为100nm,薄膜表面变得致密,阻碍氧与低价态氧化钒的进一步反应,薄膜内VO2组分舍量的改变量不大;增加热处理时间后,薄膜内VO2组分的含量明显增加,相变幅度超过2个数量级.     

复合热释电薄膜红外探测器的制备和性能测试

为解决热释电薄膜红外探测器中的热损失问题,引入了复合热释电薄膜的概念．它利用多孔二氧化硅具有的低热导率特点,有效地减少了热量从热释电层向衬底的热扩散．利用溶胶-凝胶和金属有机物热分解等工艺制备的复合热释电薄膜红外探测器,在温度为420K、频率为10Hz时,电压响应率约为1400V／W,探测器的星探测率D     

溅射氧化耦合法合成W掺杂VO2纳米薄膜及其光学性质

采用溅射氧化耦合法(SOC),在Al2O3(001)基底上成功制备了纳米尺度的W掺杂VO2薄膜.运用扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱仪(XPS)分别对薄膜的微观结构以及组分进行了分析;采用四探针测试仪测试了薄膜在不同温度下的方块电阻,从而确定了VO2和W掺杂VO2纳米薄膜的相变温度从341K下降到314K;最后利用紫外至红外光谱仪测试了薄膜在常温和高温下的透过率,并通过Film Wizard软件对薄膜的透过率进行拟合,获得了薄膜的光学折射率(n)和消光系数(κ)随光电子能量(E)变化的关系曲线.研究结果表明,随着W掺杂量的增加,W掺杂VO2纳米薄膜的半导体-金属相变温度逐渐下降,其光学折射率(n)和消光系数(κ)相比VO2薄膜也发生有规律的变化.     

空气环境下制备相变特性VO_2薄膜

提出了一种制备相变特性VO_2薄膜的简易方法.将制备好的金属钒薄膜置于440℃空气下氧化处理,获得相变温度为60℃的单斜VO_2薄膜,薄膜方块电阻值在60～85℃范围内变化量达2.2个数量级.X射线衍射分析(XRD)表明薄膜的主要成分为单斜相VO_2.探索了此工艺的一般性规律,分析高价态钒对薄膜相变的影响.     

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%.     

钒渣钙化焙烧的影响因素及焙烧氧化动力学

采用钙化焙烧方式处理转炉钒渣以提高钒的浸出率,考察了焙烧参数(渣样粒度,升温速率,焙烧保温温度及保温时间,配钙量)对钒浸出率的影响,根据钒渣氧化的TG-DSC曲线对钒渣氧化变温动力学进行了分析.结果表明:降低升温速率可提高钒氧化率,保温温度高于600℃时钒浸出率迅速增加.在钒渣粒径48~75μm,外配钙m(CaO)/m(V2O5)为042,升温速率2℃·min-1,保温温度850℃,保温时间150min的条件下,钒浸出率达9331%.钒尖晶石氧化过程受三级化学反应控制,升温速率为5和10℃·min-1的表观活化能分别为26765,25603kJ·mol-1.     

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.     

La掺杂BiFeO_3薄膜的铁电性能分析

为了研究La掺杂BiFeO_3(BLFO)薄膜的铁电性能与频率的相关性,采用溶胶-凝胶法和高通量组合材料技术快速制备了不同La掺杂物质的量分数(0、5%、10%、15%、20%和25%)的BiFeO_3铁电薄膜.利用X线衍射分析仪(XRD)对样品的晶体结构进行分析,并测量掺杂样品的电滞回线(P-E)和漏电流特性(J-V),通过改变测试频率研究Bi_(1-x)La_xFeO_(3±δ)薄膜电学性能的频率依赖性.结果表明:560℃时所有样品均为纯相;在频率为10 k Hz的条件下,La掺杂物质的量分数为15%的样品具有最大的剩余极化值Pr,约为42.2μC/cm~2;电压为1.5 V时,漏电流密度最小,约为0.010A/cm~2;频率为100 Hz时,样品的剩余极化值远小于10k Hz和100k Hz,10 k Hz频率下样品的剩余极化值最大.     

W离子注入VO2薄膜结构及红外发射性能研究

探讨了低剂量离子注入技术对VO₂薄膜的结构和红外发射性能的影响,发现1×1015 cm?2注量的W离子注入掺杂时,会对VO₂薄膜的晶体结构产生一定的损伤;经400 ℃退火处理后部分恢复了薄膜的单斜相晶体结构,且退火处理后,在掺杂W离子、结构缺陷和氧空位的共同作用下,掺杂量0.12%即可使VO₂薄膜的相变温度降低8.9 ℃;掺杂原子数量每增加1%,其相变温度相应变化74.2 ℃;W离子注入并经退火处理后,VO₂薄膜的红外发射率为0.35～0.46,其在低温区间的红外发射率相比未注入薄膜降低了0.14,这大幅度提高了VO₂薄膜在低温区的红外隐身性能．      

铌、铈、锰掺杂对钛酸钡基陶瓷性能的影响

在钛酸钡中以五氧化二铌、三氧化二铈形式引入铌、铈元素,采用了固相法反应制备Nb、Ce双施主掺杂的微米级钛酸钡基正温度系数(PTC)陶瓷粉;同时研究了加入受主元素Mn对PTC陶瓷材料性能的影响。利用XRD和SEM分析了样品的物相及微观相貌,发现样品结晶完整,颗粒均匀。实验表明,以Ce、Nb、Mn进行掺杂可有效改善材料在室温条件下的PTC性能;当掺入0.2 mol%Nb_2O_5、0.3 mol%Ce_2O_3、0.08 mol%Mn(NO_3)_2时,制出室温电阻率为616Ω·cm、升阻比大于10、居里温度为60℃的PTC热敏陶瓷;并利用制成的PTC材料作为加热源对受控器件进行加热实验。     

后表面对P-N结光伏红外探测器性能的影响:(Ⅰ)理论分析

分析了光在P—N结光伏红外探测器前后表面间多次反射对器件性能的影响。导出了在考虑光的多次反射时,器件的量子效率、探测率和结电阻的一组更为普遍的解析表示式,它们可用于分析薄膜器件。     

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。     

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.