甚长波量子阱红外探测器光栅耦合的研究

采用平面波展开的散射矩阵方法研究n型甚长波量子阱红外探测器的二维衍射光栅，并同时从实验方面研究了其红外透射光谱.研究表明，n型量子阱器件的光栅耦合是传输场和倏逝场共同作用的结果.对于n型量子阱红外探测器的光栅耦合，光栅周期、光栅深度和占空比三者之间相互影响；要达到好的光学耦合效果，需要根据量子阱器件的峰值探测波长选择合适的光栅参数. 关键词： n型量子阱红外探测器 二维光栅 光耦合     

量子阱红外探测器的光耦合

本文从有效质量近似理论出发，在量子阱导带内子带间光吸收分析的基础上，评述了ｎ型量子阱红外探测器的光耦合。着重研究适宜于量子阱红外探测器的不同种类的光栅，并从理论上优化出高耦合效率的各种光栅参数     

基于表面等离激元的长波QWIP光栅优化

为了提高长波量子阱红外探测器的灵敏度及探测率,采用表面等离激元效应来提高量子阱红外探测器中二维光栅的耦合效率。利用三维时域有限差分算法,分析表面等离激元作用下,长波量子阱红外探测器中二维金属薄膜光栅参数对入射光的调制作用。计算结果表明,对于8 m的入射光,当光栅周期P=2.8 m,孔直径D=1.4 m,光栅层厚度L=0.04 m时,X Y平面内Z方向电场值最大,光栅的耦合效率最高。     

太赫兹量子阱光电探测器光栅耦合的模拟与优化

光栅耦合是量子阱光电探测器探测正入射电磁辐射的常用耦合方法,本文采用模式展开法研究了一维金属光栅太赫兹量子阱光电探测器中的电磁场分布,并给出了器件有源区中的平均光强.研究结果表明,若一维光栅的周期与太赫兹波在器件材料中的波长相当,并且根据器件结构选取合理的光栅占空比,可使器件中的平均光场最强,光栅的光耦合效率最高,从而提高器件的响应率. 关键词： 太赫兹 量子阱光电探测器 光栅     

THzQWP二维光栅耦合效率的理论分析研究

将二维金属光栅结构引入到探测器结构中,以提高太赫兹(THz)量子阱光电探测器的探测率。采用三维时域有限差分算法,建立了THz量子阱光电探测器的二维金属光栅仿真模型,详细分析了二维金属光栅参数对太赫兹量子阱光电探测器的电场强度的影响。仿真分析结果表明:当入射光频率为6.27 THz(相对应波长为47.847 m)、光栅周期P=10.5 m、占空比=0.55（金属块宽度w= 5.755 m）、光栅层厚度h=0.4 m时,器件中的Z方向上的电场值最大,光栅的耦合效率最高。     

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中，基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收，结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器，采用周期为3μm，半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%)，为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.     

双色量子阱红外探测器顶部光子晶体耦合层的设计优化

采用三维时域有限差分算法(3D-FDTD)对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP)的顶部光子晶体光输入耦合层结构的电磁场分布进行了仿真分析,得到了多种不同周期、占空比、深度的二维光子晶体结构耦合效率及电磁场分布.探索了一种双色探测器的光子晶体光输入耦合层结构的设计思路,使之可对中波/长波或长波双色8/12 μm同时提供较高的耦合效率. 关键词： 红外探测器 量子阱 光子晶体     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

温度对量子阱红外探测器峰值波长的影响

量子阱红外探测器(QWIP)是一种对红外辐射信息进行高灵敏度感应的光电转换器件,温度是影响其性能的一个参数.文章以超晶格量子阱发射与干涉电子态理论和吸收波长公式为依据,通过计算温度对势阱、势垒宽度和势垒高度的影响,得出量子阱红外探测器峰值波长与温度的变化关系.发现:当温度升高时,探测峰值发生改变,其中有两处峰值发生红移,一处发生蓝移.这对精确分析红外辐射携带信息和制作非制冷量子阱红外探测器提供了理论指导.     

我国第一支量子阱红外探测器

量子阱红外探测器是一种新型红外探测器.它是利用新型半导体超晶格量子阱材料的子能带光跃迁的红外吸收特性制成的.它具有响应快、灵敏度高、可变波长、可变带宽等特点,并有实现大面积集成和制作大面积二维象素列阵的实际可能性,将成为新一代红外探测器件,在未来五到十年内可能引起红外物理、红外光电子学及其应用领域的变革.两年前,美国贝尔实验室已研制出可与历史悠久的HgCdTe红外探测器性能相比较的GaAs/AlGaAs量子阱探测器. 中国科学院物理研究所从1989年开始,就在器件材料生长、器件物理、器件工艺及器件的性能测试等方面,着手进行…     

两端叠层结构的中长波量子阱红外探测器

采用分子束外延技术生长了两个叠层结构的双色量子阱红外探测器结构,并经过光刻和湿法刻蚀制作成两端结构的量子阱红外探测器单元器件. 通过改变量子阱势垒高度,势阱宽度,掺杂浓度,重复周期数等器件参数,可以使总电压在两个叠层之间产生适当的分布,从而使器件表现出不同的电压响应特点. 光电流谱测量显示,器件1随着外加偏置电压可实现对于中波大气红外窗口(3—5 μm)和长波大气红外窗口(8—12 μm)红外响应的切换,器件2在不同的偏置电压下可以对这两个波段同时做出响应. 本文探讨了两端叠层结构量子阱红外探测器的工作原 关键词： 电压调制 同时响应 量子阱红外探测器 双波段     

单轴应力对量子阱红外探测器吸收波长的影响

以单轴应力作用下超晶格量子阱应变能带理论为基础,采用电子反射与干涉方法,研究了单轴应力对超晶格能带的影响,推导了单轴应力与超晶格导带子能级的定量关系。以GaAs-AlGaAs-GaAs为例,具体计算了导带中子能级对应力的依赖关系,进而给出了单轴应力对n型AlGaAs-GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。计算结果表明,随着单轴压应力的增大,量子阱红外探测器的吸收波长表现出较明显的变化。当单轴压力增大到1.3GPa,量子阱红外探测器的吸收峰值移动了将近1.1μm,并且基本与应力呈线性关系。量子阱红外探测器吸收波长连续可调范围5.57～4.46μm。     

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。     

量子点红外探测器的特性与研究进展

半导体材料红外探测器的研究一直吸引人们非常广泛的兴趣．以量子点作为有源区的红外探测器从理论上比传统量子阱红外探测器具有更大的优势．文章讨论了量子点红外探测器几个重要的优点，包括垂直入射光响应、高光电导增益、更低的暗电流、更高的响应率和探测率，等等．此外，报道了量子点红外探测器研究中一些最新的实验结果．在此基础上，分析了现存问题，并提出了进一步提高器件性能的几种可能途径．     

15μm量子阱探测器低温集成组件技术研究

针对峰值波段15μm的320×256量子阱甚长波红外探测器应用的快速降温、低功耗和环境适应性要求,分析了15μm量子阱探测器低温集成组件技术的特点。通过对冷指的优化设计、冷屏的热设计及冷平台辅助支撑结构设计等低温集成技术的研究,实现了量子阱探测器组件的快速降温、低功耗和高环境适应性。经过测试,封装有量子阱探测器的IDCA组件满足项目使用要求。     

甚长波量子阱红外探测器的暗电流特性研究

基于载流子在量子结构中的输运理论研究了甚长波量子阱红外探测器(峰值响应波长15μm，量子阱个数大于40)的载流子的输运性质.研究结果表明，在甚长波量子阱红外探测器中，电流密度一般很低，暗电流主要来源于能量高于势垒边的热激发电子.通过薛定谔方程和泊松方程以及电流的连续性方程的自洽求解，发现外加偏压下电子浓度在甚长波器件各量子阱的分布发生较大变化，电场在整个器件结构上呈非均匀分布，靠近发射极层的势垒承担的电压远远高于均匀分布的情形.平带模型假定电压在器件体系上均匀分布，导致小偏压下的理论计算值远远低于实验值. 关键词： 甚长波量子阱红外探测器 量子波输运 暗电流     

量子阱共振腔增强型光电探测器的高功率特性

通过测量1.55 μm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电流随反向电压和光功率的变化关系,以及模拟能带结构、电场分布等特性,研究了量子阱共振腔增强型光电探测器的高功率特性.分析了光电流的产生机制,测量了1.064 μm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应,模拟了具有不同势垒高度的量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应.从实验和模拟两方面证明了量子阱的势垒高度是影响量子阱共振腔增强型光电探测器高功率特性的最主要因素.     

量子阱共振腔增强型光电探测器的高功率特性

通过测量1．55Mm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电流随反向电压和光功率的变化关系,以及模拟能带结构、电场分布等特性,研究了量子阱共振腔增强型光电探测器的高功率特性．分析了光电流的产生机制,测量了1．064μm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应,模拟了具有不同势垒高度的量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应．从实验和模拟两方面证明了量子阱的势垒高度是影响量子阱共振腔增强型光电探测器高功率特性的最主要因素．     

GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器研制成功

红外量子阱探测器是利用量子阱材料导带内子带间光跃迁对红外辐射的强吸收,来测量红外辐射强度的一种新型的、快速灵敏的红外探测器.其工作原理是:首先利用掺杂使量子阱中的基态上填充上具有一定浓度的二维电子,当入射光子能量■等于子带间能隙时。照射到器件接收面上的红外辐射将处于基态上的电子激发到较高激发态上,这些激发热电子在外场作用下,在匹配的外电路中形成与入射光强度成正比的电流或电压信号.该探测器的响应波段可以覆盖8—14μm的波长范围,响应速度快(皮秒量级),灵敏度较高(D*～1010cmHz1/2/W),并且可以通过改变材料的生长…     

新颖的量子阱红外探测器

本文介绍了新型量子阱红外探测器的原理、特点、性能及其在实际应用中的重要价值，与ＨｇＣｄＴｅ红外探测器作了比较，同时还评述了国内外的发展现状．