平面型大光敏元InGaAs线列探测器及其应用

采用晶格匹配的平面型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料,设计了一种大光敏元、带有保护环的InGaAs线列探测器。通过I-V测试、扫描电容显微技术(SCM)测试,研究并确定了线列器件的盲元与保护环结构之间的关系。通过设计改进,解决了器件的盲元问题。24×1 InGaAs线列短波红外探测在室温20 ℃、-10 mV偏压下,暗电流密度约5 nA/cm2。将光敏芯片密封在集成了热电制冷器(TEC)的金属管壳内,组件工作温度5 ℃,探测器响应光谱在1.0 μm~1.67 μm范围,平均峰值电流响应率为1.3 A/W,平均峰值探测率为3.4×1012 cm·Hz1/2/W,响应的非均匀性为1.5%。探测器经历一定条件的可靠性筛选试验后,性能未发生明显变化,并进行了航空机载成像应用,成像图片清晰。     

平面型大光敏元InGaAs线列探测器及其应用

采用晶格匹配的平面型InP／In瞄。Ga叫,As／InP外延材料,设计了一种大光敏元、带有保护环的InGaAs线列探测器。通过I—V9n,4试、扫描电容显微技术（SCM）测试,研究并确定了线列器件的盲元与保护环结构之间的关系。通过设计改进,解决了器件的盲元问题。24×1InGaAs线列短波红外探测在室温20℃、-10mV偏压下,暗电流密度约5nA／cm2。将光敏芯片密封在集成了热电制冷器（TEC）的金属管壳内,组件工作温度5℃,探测器响应光谱在1．0肚m～1．67肚m范围,平均峰值电流响应率为1．3A／W,平均峰值探测率为3．4×10他cm·Hz1/2／W,响应的非均匀性为1．5％。探测器经历一定条件的可靠性筛选试验后,性能未发生明显变化,并进行了航空机载成像应用,成像图片清晰。     

红外探测器的高频测试

研究了长波8~15μm波段,阻值大于440ΩMCT光导红外探测器,探测率在10kHz,14μm大于4×1010 cm·Hz1/2/W,在1kHz和10kHz中心频率下的噪声测试,中波5~8μm红外光伏型InSb器件,探测率在25kHz,8.26μm大于1×1011 cm·Hz1/2/W,在1kHz和255kHz中心频率下的噪声测试,并对器件信号进行了测试。信号和噪声测试是在124A锁相放大器测试系统测试,对124A测试系统的不确定度进行了分析,并与动态信号分析仪35670A对器件在0~50kHz频谱范围的噪声进行了测试和比较。实验结果表明,高阻值的光导器件在1kHz和10kHz中心频率下噪声相差约1.4倍,光伏型InSb器件在1kHz和15kHz中心频率下噪声相差约1.5倍,信号测试结果在1kHz下和3kHz中心频率下变化不超过3%。通过测试和比较,对高频下的测试给出了建议。     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器光电响应研究

VO₂薄膜是非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻材料.研究中应用微电子工艺制备了VO₂溅射薄膜红外探测器,在296K的环境中测试了该探测器在不同的直流偏置、光调制频率下对873K标准黑体源8—12μm红外辐射的光电响应以及器件的噪声电压,在10和30Hz的调制频率下其响应率分别大于17kV/W和接近10kV/W.该探测器实现了探测率D大于1.0×10⁸cm (Hz)^1/2/W,热时间常量为0.011s的8—12μm非致冷 关键词： 非致冷测辐射热探测器 红外探测器 二氧化钒 薄膜     

GaAs Based InAs/GaSb Superlattice Short Wavelength Infrared Detectors Grown by Molecular Beam Epitaxy

InAs/GaSb superlattice （SL） short wavelength infrared photoconduction detectors are grown by molecular beam epitaxy on GaAs（O01） semi-insulating substrates. An interfacal misfit mode AISb quantum dot layer and a thick GaSb layer are grown as buffer layers. The detectors containing a 200-period 2 ML/S ML InAs/GaSb SL active layer are fabricated with a pixel area of 800×800 μm^2 without using passivation or antirefleetion coatings. Corresponding to the 50% cutoff wavelengths of 2.05μm at 77K and 2.25 μm at 300 K, the peak detectivities of the detectors are 4 × 10^9 cm·Hz^1/2/W at 77K and 2 × 10^8 cm·Hz1/2/W at 300K, respectively.     

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响北大核心CSCD

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。     

新型复合盖层延伸波长InGaAs红外探测器结构优化设计

设计并模拟计算了延伸波长至2.6 μm的复合盖层材料PIN结构In_0.82Ga_0.18As红外探测器,即PNN型盖层、PIN结构的In_0.82Ga_0.18As红外探测器。研究了不同厚度及载流子浓度的PNN盖层对探测器性能的影响。研究结果表明:在In_0.82Al_0.18As厚度为200 nm且载流子浓度为2E18、InAs_0.6P_0.4 厚度为50 nm且载流子浓度为2E17、In_0.82Ga_0.18As厚度为50 nm且载流子浓度为2E16时,探测器表现出最佳的性能。与传统PIN结构探测器相比,其相对光谱响应度仅降低10%,暗电流降低了1个数量级。计算分析了不同工作温度下的暗电流,结果显示:在120~250 K时,暗电流主要为缺陷隧穿电流;在250~300 K时,暗电流主要为带间隧穿电流;当温度大于300 K时,暗电流主要为产生-复合电流和扩散电流。     

IrSi肖特基势垒红外图象传感器

已经研制成功有512×512元的IrSi肖特基势垒红外图象传感器。该器件使用电荷扫借器件(CSD)结构。采用的探测器是截止波长为7.3μm的IrSi/p—Si肖特基势垒(SB)二极管。为了减少热产生的暗电流,器件致冷到62K。器件按NTSC帧速(30帧/秒)工作。本文用实例对应用这种器件的热成象系统予以说明。     

具有新型有源区的量子级联探测器(特邀)

量子级联探测器是一种光伏型的子带间跃迁红外探测器,通过厚度渐变的啁啾量子阱中台阶状的子带分布,产生内建电场,使得有源区中的光生载流子定向输运,器件工作时无需外加偏压,避免了暗电流噪声的产生,能够实现室温长波红外响应。由于子带间跃迁吸收系数小、具有偏振选择性,量子级联探测器目前存在响应率低、对正入射响应无响应、探测率对温度敏感等问题。针对这些问题,本文介绍三种新型量子级联探测器有源区的设计,包括量子点/阱耦合、束缚-微带斜跃迁和小能量台阶有源区,在中波、长波和甚长波波段展现出优良的器件性能。     

基于VO_2薄膜非致冷红外探测器光电响应研究

VO2 薄膜是非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻材料 .研究中应用微电子工艺制备了VO2 溅射薄膜红外探测器 ,在 2 96K的环境中测试了该探测器在不同的直流偏置、光调制频率下对 873K标准黑体源 8— 12 μm红外辐射的光电响应以及器件的噪声电压 ,在 10和 30Hz的调制频率下其响应率分别大于 17kV/W和接近 10kV/W .该探测器实现了探测率D 大于 1 0× 10 8cmHz/W ,热时间常量为 0 0 11s的 8— 12 μm非致冷红外探测     

基于Pt/GaN/AlGaN异质结高响应度双波段紫外探测器

提出一种在AlGaN基PIN器件的p-GaN表面上沉积Pt,形成肖特基势垒(SB)-PIN异质结器件,器件的能带和载流子的输运发生了变化,这种新型光电探测器实现了双波段紫外探测,可分别工作在光伏和光电导模式下。器件在275 nm波长的紫外光照射的负偏置电压下,工作模式为光伏探测,当入射光功率密度为100μW/cm²,偏置电压为-10 V时,器件得到最大响应度(0.12 A/W);当偏置电压为-0.5 V时,器件得到最大探测率(1.0×10¹³ cm·Hz^1/2·W^-1)。器件在正偏置电压工作模式下可作为高响应、高增益的光电导探测器,当偏置电压为+10 V时,用275 nm和365 nm波长的紫外光照射(光功率密度为100μW/cm²),器件的响应度分别为10 A/W和14 A/W,外量子效率分别为4500%和4890%。所设计的双波段多功能器件将极大地扩展基于AlGaN的紫外探测器的用途。     

p-i-nInP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP探测器结构优化

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模,并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合,保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的,优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究,发现当吸收层厚度大于0.3μm后,暗电流不再上升,但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时,器件暗电流不断降低,当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时,暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应,探究了响应速度与反偏电压之间的关系,发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.     

CVD金刚石辐射探测器研制及性能测试

电学性质优异的金刚石膜是理想的辐射探测器材料,用自支撑金刚石膜研制了辐射探测器,进行了探测器的性能测试.探测器采用的是"叉指"状共面型电极结构,探测器的有效探测区面积为3mm×3mm,探测器的连接接口是L16电缆头.探测器暗电流与电压呈线性变化的关系,表明金属电极与金刚石基底之间是欧姆型电接触.当两电极之间的电场场强为30kV/cm时,探测器的暗电流仅约为0·1nA,探测器信号的上升时间为590ps,探测器的灵敏度约110mA/W,而且探测器有较好的剂量率线性特性.     

栅极天线和NMOS耦合的CMOS太赫兹热探测器的设计与测试

设计了一种在室温工作的太赫兹热探测器.探测器由片上天线和温度传感器耦合而成.天线由NMOS温度传感器的栅极组成,吸收入射的太赫兹波将其转化为焦耳热,生成的热量引起的温度变化由温度传感器探测.整个探测器的探测过程分为电磁辐射吸收、波-热转换、热-电转换三个过程,并分别进行了建模分析,仿真得到天线吸收率为0.897,热转换效率为165K/W,热电转换效率为1.77mV/K.探测器基于CMOS 0.18μm工艺设计,工艺处理后将硅衬底打薄至300μm.探测器在3THz太赫兹环境下,入射功率为1mW时,电压响应率仿真值为262mV/W,测试值为148.83mV/W.     

基于AsP/MoS2异质结的偏振光电探测器

线偏振光的探测能力是评价偏振光电探测器件的重要指标。黑砷磷(AsP)是一种较为稳定的平面内各向异性材料,由于其面内结构各向异性,其对线偏振光较为敏感,在偏振探测领域有着重要的应用潜力。本文介绍了一种基于AsP/MoS2的高度偏振敏感光电探测器。由于AsP各向异性的光吸收、MoS2有效的载流子收集和输运能力以及范德华异质结对暗电流的抑制作用,该光电探测器实现了大于300的电流开关比,0.27 A/W的电流光响应度以及2×10^10 Jones的比探测率。更重要的是,此类光电探测器在638 nm波段实现了高达3.06二向色性比的偏振特性。这些实验结果表明AsP/MoS2异质结构在偏振光电探测领域有着广阔的应用前景。     

1 MeV电子辐照对短波Hg1-xCdxTe光伏探测器的影响

 研究了1 MeV电子辐照对短波Hg_1-xCd_xTe光伏探测器的影响。通过测试电子辐照前后光伏探测器的响应光谱、信号、噪声、暗电流等性能参数，分析了电子辐照对Hg_xCdxTe光伏器件的影响机制。实验结果发现：电子辐照后器件响应光谱在短波处有变窄的趋势，但响应峰值波长和截止波长基本无变化；随着辐照剂量的增加，通过p-n结的暗电流有所增加，光伏器件的探测率有减小的趋势。     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析

多层石墨烯具有超宽的光谱吸收范围及独特的光电性能,是制作下一代光电探测器件的理想材料。以石墨烯的带间隧穿理论为基础,提出了一个多层石墨烯纳米带结构的光电探测器模型,纳米带的两端与源极和漏极相连,夹在半导体基质和上下栅极之间。利用这个模型,建立了多层石墨烯纳米带探测器的光电转换机制,讨论了上栅极电压不同时探测器的工作原理,研究了源-漏极间光电流及暗电流与入射光能量的关系,探讨了探测器的偏置电压,耗尽层长度以及带隙取值对暗电流的影响,并分析了不同参数下探测器响应率以及探测率随入射光能量的变化关系。结果表明,探测器的响应率随纳米带层数的增加而增加,受带隙,耗尽层长度和偏置电压的影响,最大的响应率约为103 A·W-1; 通过限制上栅压,带隙等变量可以控制系统暗电流,增大探测器的探测率,最高探测率约为109 cm·Hz1/2·W-1。多层石墨烯纳米带结构可以增强探测器对入射光的吸收,提高探测器的灵敏度以及对弱光的探测能力,实现对太赫兹到远红外波段入射光的有效探测,探测性能远高于许多量子结构和窄带半导体结构的光电探测器。     

高性能SOI基GePIN波导光电探测器的制备及特性研究

本文报道了在SOI衬底上外延高质量单晶Ge薄膜并制备高性能不同尺寸Ge PIN波导光电探测器.通过采用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼散射光谱表征外延Ge薄膜的表面形貌、晶体质量以及应变参数,结果显示外延Ge薄膜中存在约0.2%左右的张应变,且表面平整,粗糙度为1.12 nm.此外,通过暗电流、光响应度以及3 dB带宽的测试来研究波导探测器的性能,结果表明尺寸为4μm×20μm波导探测器在-1 V的反向偏压下暗电流密度低至75 mA/cm~2,在1.55μm波长处的响应度为0.58 A/W,在-2 V的反向偏压下的3 dB带宽为5.5 GHz.     

一种浸没透镜结构HgCdTe红外探测器组件环境适应性研究

探测器采用浸没透镜结构的单元光伏芯片,工作波段为2.5~3.2μm。采用储能焊TO9管壳封装,将二级热电致冷器、热敏电阻、透镜结构的HgCdTe红外探测器封装为一红外探测器组件,组件可在室温至-50℃下工作,经过老炼、力学和热学环境适应性试验后,结果表明,HgCdTe红外探测器的零偏电阻(R_0)变化率、探测器峰值电流响应率(R_(λ_p,I))变化率和热电致冷器(TEC)的交流阻抗(R)的变化率均小于5%,探测器暗电流I_d@-0.1V≤9×10^(-7)A,探测器的漏率优于1×10^(-7)Torr·l/s,组件的密封性达到了航天要求。