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)).     

二维电子气的关联函数

本文在少粒子体系波函数数值解的基础上讨论了强磁场中二维电子气的二体关联函数.在数值计算的意义上给出了有限集团体系二体关联函数的计算公式. 关键词：     

过渡金属氧化物界面二维电子气及其超导电性研究

过渡金属氧化物异质界面形成的二维电子气(2DEG)因其丰富的物理性质而备受研究人员关注,其中最具代表性的是能带绝缘体LaAlO₃和SrTiO₃形成的界面.此界面高迁移率的2DEG展现出超导电性、铁磁性、超导和铁磁共存等性质,其他过渡金属氧化物界面系统也显示出高迁移率和类似的新奇量子现象.本文主要介绍过渡金属氧化物异质界面2DEG的超导电性及其研究进展,并着重展示近年来北京师范大学在本领域取得的研究成果.     

新型量子点场效应增强型单光子探测器

针对量子点场效应单光子探测器(QDFET)光吸收效率低下的问题, 提出了一种新型量子点场效应增强型单光子探测器(QDFEE-SPD). QDFEE-SPD增加了共振腔的设计, 并采用了GaAs/AlAs多层膜作为下反射镜; 对QDFEE-SPD的光吸收增强效应和光响应度进行了理论分析和模拟, 结果表明, 与没有共振腔时相比, QDFEE-SPD的吸收效率和光相应度都有了大幅度的提升, 同时为了光吸收的最优化, 吸收层厚度一般应在0.1–0.5 μm; 对QDFEE-SPD的材料样品进行了生长和测试实验, 反射谱测试和PL谱测试结果表明, QDFEE-SPD对入射光的吸收具有了明显的增强效应. 文章成果为高效率量子点场效应单光子探测技术的研究提供了新的思路. 关键词： QDFEE-SPD 共振腔 吸收效率 光吸收增强效应     

不同量子阱宽度的InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究

用Shubnikov-de Haas(SdH)振荡效应，研究了在1.4 K下不同量子阱宽度(10—35 nm)的InP基高电子迁移率晶体管材料的二维电子气特性.通过对纵向电阻SdH振荡的快速傅里叶变换分析，得到不同阱宽时量子阱中二维电子气各子带电子浓度和量子迁移率.研究发现，在Si掺杂浓度一定时，阱宽的改变对于量子阱中总的载流子浓度改变不大，但是随着阱宽的增加，阱中的电子从占据一个子带到占据两个子带，且第二子带上的载流子迁移率远大于第一子带迁移率.当量子阱宽度为20 nm时，处在第二子能级上的电子数与处在 关键词： 量子阱宽 二维电子气 Shubnikov-de Haas振荡 高电子迁移率晶体管     

超导纳米线单光子探测器

利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm). 关键词： 单光子 氮化铌 纳米线 探测器     

InAs量子点引入应力对调制掺杂结构中二维电子气输运特性的影响

系统研究了在调制掺杂AlGaAs/GaAs异质结中嵌入InAs量子点后对二维电子气输运特性的影响。使用分子束外延设备生长了量子点层与二维电子气沟道距离（T_ch）不同的3个样品,霍尔测试结果表明,二维电子气的电子迁移率和载流子浓度都随T_ch的减小而降低。基于几何相位分析算法对部分样品的高分辨透射电镜图像进行了处理,得到了其应变分布图。结果表明,应变主要分布在量子点的周围,并延伸到了量子点的上方。该不均匀的应力场可能是除库伦散射外影响电子迁移率降低的另一个重要因素。     

HgMnTe磁性二维电子气自旋-轨道和交换相互作用研究

通过分析不同温度下HgMnTe磁性二维电子气Shubnikov-de Hass（SdH）振荡的拍频现象，研究了量子阱中电子自旋 轨道相互作用和spd交换相互作用.结果表明：（1）在零磁场下，电子的自旋 轨道相互作用导致电子发生零场自旋分裂；（2）在弱磁场下，电子的自旋-轨道相互作用占主导地位，并受Landau分裂和Zeeman分裂的影响，电子的自旋分裂随磁场增加而减小；（3）在高磁场下，电子的spd交换相互作用达到饱和，电子的自旋分裂主要表现为Zeeman分裂.实验证明了当电子的Zeeman分裂能量与零场 关键词： 磁性二维电子气 Zeeman分裂 Rashba自旋分裂     

GaN／A1xGal-xN异质结二维电子气的磁电阻研究

通过对GaN／A1xGa1-xN异质结中二维电子气磁输运结果的分析,研究了磁电阻的起因．结果表明,整个磁场范围的负磁电阻是由电子一电子相互作用引起的,而高场下的正磁电阻来源于平行电导的进一步修正．用拟合的方法得到了电子一电子相互作用项以及平行电导层的载流子浓度和迁移率,并用不同的计算方法对拟合结果进行了验证．     

The analysis of the integral gated mode single photon detector

This paper critically analyses and simulates the circuit configuration of the integral gated mode single photon detector which is proposed for eliminating the transient spikes problem of conventional gated mode single photon detector. The relationship between the values of the circuit elements and the effect of transient spikes cancellation has been obtained. With particular emphasis, the bias voltage of the avalanche photodiode and the output signal voltage of the integrator have been calculated. The obtained analysis results indicate that the output signal voltage of the integrator only relates to the total quantity of electricity of the avalanche charges by choosing the correct values of the circuit elements and integral time interval. These results can be used to optimize the performance of single photon detectors and provide guides for the design of single photon detectors.     

Performance of a superconducting single photon detector with nano-antenna

<正>The performance of single-photon detectors can be enhanced by using nano-antenna.The characteristics of the superconducting nano-wire single-photon detector with cavity plus anti-reflect coating and specially designed nanoantenna is analysed.The photon collection efficiency of the detector is enhanced without damaging the detector’s speed,thus getting rid of the dilemma of speed and efficiency.The characteristics of nano-antenna are discussed,such as the position and the effect of the active area,and the best result is given.The photon collection efficiency is increased by 92 times compared with that of existing detectors.     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

同轴电缆反射方案单光子探测器的特性研究

分析了用于消除门控单光子探测器电尖峰噪声的同轴电缆反射方案的特性.重点分析了该方案中,雪崩光电二极管的偏置电压和输出信号的变化特性.根据理论分析的结果,给出了不同的单光子信号与两个门控脉冲的时序关系的确定依据,以及该方案对电尖峰噪声的消除效果,同时给出了探测系统的最小探测周期.并对理论分析的结果进行了实验验证,实验中测得尖峰噪声的抑制比为25.1dB,实验结果与理论分析相符.这些分析结果将有助于红外单光子探测器的设计和性能的优化.     

超导纳米线单光子探测器件的制备

超导纳米线单光子探测器件(SNSPD)是超导单光子探测系统的核心器件。文中介绍了成功制备的基于5nm厚的NbN超导超薄薄膜的SNSPD器件。器件核心结构为150nm宽的纳米曲折线结构,纳米线条占空比为75%,面积为20μm×20μm。超导纳米线是利用电子束曝光(EBL)技术和反应离子刻蚀(RIE)等工艺技术制备的。所制备的SNSPD样品,在温度3.5K下的临界电流约12.9μA;在1310nm波长光波辐照,12.5μA的偏置电流下,探测效率约0.016%。     

单边掺杂InAlAs/InGaAs单量子阱中二维电子气的磁输运特性

研究了双子带占据的In_0.52Al_0.48As/In_0.53Ga_{0 .47}As单量子阱中磁电阻的Shubnikov-de Haas(SdH)振荡效应和霍耳效应，获得了不 同子带电子的浓度、迁移率、有效质量和能级位置.低磁感应强度(B＜1.5T)下由迁移率谱和 多载流子拟合相结合的方法得到的各子带电子浓度与通过SdH振荡得到的结果一致.在d ²ρ/dB²-1/B的快速傅里叶变换 关键词： InAlAs/InGaAs单量子阱 SdH振荡 二维电子气 磁致子带间散射     

堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管二维模型

提出了一种堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)新器件结构.采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二维泊松方程,建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压的解析模型.该结构的应变硅沟道有两个掺杂区域,和常规双栅器件(均匀掺杂沟道)比较,沟道表面势呈阶梯电势分布,能进一步提高载流子迁移率;探讨了漏源电压对短沟道效应的影响;分析得到阈值电压随缓冲层Ge组分的提高而降低,随堆叠栅介质高k层介电常数的增大而增大,随源端应变硅沟道掺杂浓度的升高而增大,并解释了其物理机理.分析结果表明:该新结构器件能够更好地减小阈值电压漂移,抑制短沟道效应,为纳米领域MOSFET器件设计提供了指导.     

单光子探测器性能对量子密钥分发系统的影响

根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型,给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式,并通过对各类量子密钥分发系统的比较,推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明,在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。     

脉冲激发三能级体系半导体量子点的单光子发射效率

研究了脉冲激发下单个半导体量子点中单光子发射的统计特性.在旋转波近似条件下，由系统粒子数演化主方程并结合量子回归理论推导了二阶相关函数的运动方程，利用此方程讨论了二阶相关函数随输入脉冲面积的关系.在窄脉冲宽度的脉冲激发下，单光子的发射概率p和效率η都随着强度的增强而产生振荡.研究表明，采用窄脉冲宽度，当输入脉冲面积在π附近时可以得到较高的单光子发射效率. 关键词： 半导体量子点 单光子发射 三能级系统     

Optical control of the mobility of a MODFET with a layer of self-assembled quantum dots

We report an experimental study of GaAs/Al_0.33Ga_0.67As modulation doped field effect (MODFET) transistors, in which an InAs layer of self-assembled quantum dots is placed in one of the Al_0.33Ga_0.67As barrier layers close to the two-dimensional electron gas (2DEG). We find the source–drain resistance is bistable with the two states controlled by illumination and applied gate bias. Brief illumination induces a large, persistent drop in the resistance, which can be recovered by applying a positive gate bias. Magneto-transport measurements show that while illumination causes only a relatively small change in the 2DEG density, it can greatly enhance its mobility. We suggest this is because the 2DEG mobility is limited by percolation of the electrons through the rough electrostatic potential induced by the charged dots. Illumination reduces the negative charge trapped in the dots, thus smoothing the conduction band potential, which produces a large increase in the mobility.