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.     

锑化物超晶格长波红外焦平面探测器研究进展

锑化物的研究开始于20世纪50年代,70年代随着超晶格概念及后来能带工程的出现,锑化物在红外探测领域的潜力逐渐显露.基于现实的需求,锑化物材料的生长外延及工艺处理技术取得了快速进步,这也得益于之前对Ⅲ-Ⅴ族材料的大量研究.Ⅱ类超晶格(T2SL)的发展主要源于两个主要原因:首先相对于HgCdTe材料,Ⅱ类超晶格具有低成本、可重复性、可操作性、高均匀性等优势,尤其在长波红外及以上波段,Ⅱ类超晶格相对于HgCdTe的优势更明显.其次与HgCdTe材料相比,Ⅱ类超晶格具有很低的俄歇复合概率,这意味着Ⅱ类超晶格红外探测器具有比HgCdTe探测器更低的暗电流或更高的工作温度,提高长波焦平面的工作温度对于降低成像系统的功耗、尺寸及重量至关重要.另外,大气窗口在8–14μm有最高的透射率,同时温度为室温(300 K)的物体所发射的红外辐射波长大约为10μm.因此,长波红外探测对于InAs/GaSbⅡ类超晶格极具价值.理论上Ⅱ类超晶格红外探测器在等效截止波长下能提供同等或超越HgCdTe探测器的性能.但由于Ⅱ类超晶格材料在少子寿命上与HgCdTe存在很大差距,导致Ⅱ类超晶格探测器在耗尽区有很高的产生复合电流.为了抑制产生复合电流及其他机制暗电流,提出了各种结构并应用于Ⅱ类超晶红外探测器上,如PπMN结构、CBIRD以及单极势垒型等,极大地降低了长波器件的暗电流,同时增加了器件阻抗及探测率.此外,InAs/InAsSb超晶格的提出,避免了由Ga在禁带引入复合中心,有效地提高了少子寿命.随着Ⅱ类超晶格技术及理论的不断完善,锑化物超晶格长波焦平面在可操作性、均匀性、稳定性、可扩展性上的优势将更为明显.     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的设计

随着探测领域的不断扩大和深入,人们对高性能量子阱红外探测器的需求也越来越迫切。为了解决这一问题,从量子阱红外探测器性能对探测器材料、结构的依赖作用入手,利用电磁仿真方法设计了5个周期的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器。该探测器采用纵向层状三明治结构,顶部和底部由n型掺杂的GaAs接触层构成,中间是5个周期的GaAs/AlGaAs量子阱复合层。结果表明,该量子阱探测器的最优探测波段为978 nm,而且在近红外波段该红外探测器的反射峰值随着量子阱阱宽的增大向低频方向移动,其最优阱宽为5 nm,为获得高性能量子阱红外探测器提供理论支持。     

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。     

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%.     

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．     

基于SP效应的中波量子阱红外探测器光栅优化

从建模、仿真结果出发,加入表面等离激元效应,运用时域有限差分算法(FDTD),研究中波量子阱红外探测器(QWIP)的近场效应和光耦合效率.重点研究在SP效应下QWIP二维光栅的最优参数.计算结果表明,对于4 μm的入射光,当光栅周期为P=1.3 μm,栅孔深度h=0.4 μm,栅孔的占空比为d=0.8时,X-Y平面内Z方向电场值最大,光栅的耦合效率最高.     

320×256红外焦平面阵列读出电路的设计

提出了一种320×256红外焦平面阵列读出电路的原理及电路设计,采用直接注入的单元电路,在给定的单元面积内可以获得较大的积分电容。相关的320×256阵列读出电路已经在0.5μm双层多晶三层铝N阱CMOS工艺线上实现,整体芯片的面积为9.0 mm×11.2 mm。实测结果表明芯片在常温和低温77 K时都工作正常,工作频率大于5 MHz,整电路的功耗为48 mW左右,动态范围是75 dB,噪声电压为0.5 mV。     

超晶格和多量子阱属性的一个数值验证

由电子在一维三势阱、三势垒体系中能量状态的数值结果，说明了超晶格和多量子阱属性的区别。     

非制冷红外焦平面探测器技术应用及市场分析

主要介绍了非制冷红外焦平面探测器的发展历史、现状以及主要应用领域,分析了非制冷红外焦平面探测器技术未来发展趋势和市场应用前景,对红外产品生产厂家的未来发展方向提供了参考建议.     

干涉法和K-P模型计算量子阱红外探测器能带结构的比较

利用电子波在量子阱界面上的反射和干涉理论，可以计算量子阱红外探测器（QWIP）的能带结构。用此干涉法与K-P模型所得到的峰值波长与阱宽的关系曲线在阱宽非常小的条件下存在差异，依据测不准原、理对此进行了探讨，分析表明在小尺寸的量子阱中基态能级是不确定的，其有能量偏差。同K-P模型相比较，干涉法更简单易行。     

量子阱超晶格和量子阱线超晶格中的极化激元

量子阱超晶格和方形截面量子阱线超晶格中极化激元的色散关系被详细讨论．在量子阱超晶格和量子阱线超晶格中，我们得到了四支（不是两支）极化激元模．     

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.     

CdTe／ZnTe多量子阱光双稳器件的研究

介绍了由分子束外延技术生长的ＣｄＴｅ／ＺｎＴｅ多量子阱光双稳器件的工作原理以及制作、结构、测试方法及测试结果，在５３２ｎｍ波长下两个样品都观察到了典型的光双稳态现象。     

简介抛物量子阱

对物理学前沿抛物量子阱做了简单介绍,主要介绍了抛物量子阱的类型和制造以及在器件方面的一些简单应用．     

准一维多嵌段共聚物有机量子阱和超晶格特征

在紧束缚模型的基础上, 研究了由聚乙炔(PA)和聚对苯撑(PPP)组成的准一维多嵌段共聚物系列材料的电子特性, 发现它们具有量子阱或超晶格特征. 各单体的尺度、单体间界面耦合以及电子-声子相互作用的强弱对共聚物的电子性质都有显著的影响, 与传统半导体量子阱和超晶格相似, 沿链方向外加电场的作用, 可导致量子隧穿的发生以及Franz-Keldysh效应和量子约束效应的出现.     

Zn1-xCdxSe/ZnSe多量子阱光伏效应研究

测量以GaAs为衬底的Zn1-xCdxSe／ZnSe应变层多量子阱在不同温度下（18～300K）的光伏谱,研究Zn1-xCdxSe／ZnSe多量子阱的光伏效应和带间激子跃迁,实验结果表明,Zn1-xCdxSe／ZnSe量子阱具有显著的量子限制效应,从18K直至室温,都能观测到清晰的激子跃迁峰,说明Zn1-xCdxSe／ZnSe是制作室温下工作的蓝绿激光器等发光器件的合适材料。     

量子阱、量子线及量子点

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于能带工程而实现的半导体超晶格、量子阱、量子线和量子点这类低维结构具有的独特物理性质,使得纳米薄膜、纳米微粒、纳米团簇、纳米量子点等所显示出的新颖的电、磁、光以及力学性质,令它们与电子学、光电子学以及通信技术、计算机技术的发展密切相关。纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。