新型范德瓦耳斯单极势垒红外探测器

红外光电探测器由于在制导、反导、夜视、侦查等军事领域的重要性和敏感性,是现代科技追逐的制高点之一,也是科学技术壁垒极高的一个研究领域.其中,暗电流的抑制是长期以来制约红外探测器实现高工作温度(high operating tem-perature,HOT)的核心瓶颈问题.自1935年贝尔实验室制造出第一个硅基pn结以来...     

GaN基p-i-n和肖特基紫外探测器的响应光谱及暗电流特性

研究了p-i-n型和肖特基型Ga N基紫外探测器的响应光谱和暗电流特性。实验发现,随着p-Ga N层厚度的增加,p-i-n型紫外探测器的响应度下降,并且在短波处下降更加明显。肖特基探测器的响应度明显比pi-n结构高,主要是由于p-Ga N层吸收了大量的入射光所致。肖特基型紫外探测器的暗电流远远大于p-i-n型紫外探测器的暗电流,和模拟结果基本一致,主要是肖特基型探测器是多子器件,而p-i-n型探测器是少子器件。要制备响应度大、暗电流小的高性能Ga N紫外探测器,最好采用p-Ga N层较薄的p-i-n结构。     

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。     

红外四象限探测器暗电流自动测量技术研究

简要介绍了红外四象限探测器的暗电流参数特性,针对多元探测器的特点,设计了温度控制电路以及多路切换开关电路,实现了在不同温度和电压下对暗电流的全自动化测量.通过实验数据得出探测器在不同偏压下的温度特性曲线图,证明本测量系统是可行的,并且可以用于其他多元探测器的暗电流检测.     

光电导探测器灵敏度标定方法的探索

光电导探测器体积小,灵敏度高,应用范围广,但暗电流也高,所以光电导探测器的直流标定是委困难的.我们采用了电子学的方法,探索光电导探测器灵敏度标定,给出光电导探测器50—300eV的灵敏度曲线.实验表明,这种方法是可行的.     

InGaAs-MSM光电探测器设计与仿真研究

对基于InGaAs材料体系的金属 半导体 金属（metal semiconductor metal,MSM）光电探测器进行设计,并对其暗电流、光电流、电容以及截止频率等性能参数进行仿真。通过添加InAlAs肖特基势垒增强层,将探测器的暗电流减小到了pA量级。仿真结果表明,探测器在光照下有明显的光响应,通过合理设计器件结构,探测器的工作频率可以达到1.5 THz。制备了探测器样品,并对其暗电流和光响应进行了测试,测试结果与仿真结果基本吻合。     

低暗电流InGaAs-MSM光电探测器

MSM(金属-半导体-金属)型光电探测器的较低寄生电容和高带宽的特点使得其应用广泛,可用于空间通信、遥感等多方面,但暗电流偏大仍是制约其发展的重要因素.为此,本文研制了100×100μm2面积的InGaAs-MSM光电探测器,通过设计InAlGaAs/InGaAs短周期超晶格和InAlAs肖特基势垒增强结构,将器件暗电流密度降至0.6pA/μm2(5V偏置),改善了目前同类器件的信噪比.对器件光电参数进行了表征:3dB带宽6.8GHz,上升沿58.8ps,1550nm波段响应度0.55A/W,光吸收区域外量子效率88%.分析了短周期超晶格和肖特基势垒增强层对暗电流的抑制机理.     

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.     

红外InGaAs/InP单光子探测器的温度特性研究

分析了SAGM-APD单光子探测器暗电流产生的机理;得出工作温度和偏置电压是影响SAGM InGaAs/InP单光子探测器探测性能的重要因素.通过实验,分析了三种APD在不同温度下暗电流、光电流与偏置电压的关系曲线,得出一些结论.     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

外加条件对量子点红外探测器暗电流特性的影响

考虑微米尺度和纳米尺度下电子传输对激发能的共同影响,基于电子漂移速度对外加电场的依赖,研究外加电场和外加温度对量子点红外探测器暗电流特性的影响.结果表明:外加电场在0~25kV/cm范围内时,暗电流模型和实验数据变化相吻合.暗电流随着外加电场的增加而增加,并且当外加电场小于6kV/cm时暗电流增加迅速,而当外加电场大于6kV/cm时暗电流增加缓慢.暗电流随着外加温度的增加迅速增加.该研究为量子点红外探测器的优化设计和性能提高提供了理论参考.     

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.     

盖革模式下反偏压对雪崩光电二极管贯穿特性的影响

利用无源抑制技术,研究了盖革模式下雪崩光电二极管（APD）的电流一电压特性。发现光电流和暗电流的一个显著区别是暗电流不反映贯穿特性,这是光生栽流子和热载流子有不同统计分布的实验证据,也说明在盖革模式下,暗计数增加比光子探测效率增加更快的原因是由于载流子收集效率不同引起的。根据其贯穿特性适当选择盖革模式下APD的反偏压可提高单光子探测器的信噪比。     

InGaAs近红外相机开窗口功能的研究应用

InGaAs近红外相机在有效工作波长范围内具有很高的量子效率和极小的暗电流,具有室温工作或热电制冷的特点,在小卫星遥感系统领域得到广泛应用.针对大阵列InGaAs近红外相机在遥感测绘中数据信息量大,高帧频弱小目标提取非常困难这个问题,结合相应的探测器阵列,从系统整体结构设计与硬件实现两个方面给出了InGaAs近红外相机...     

p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响

研究了p-GaN层厚度对GaN基pin结构紫外探测器性能的影响.模拟计算表明：较厚的p-GaN层会减小器件的量子效率,然而同时也会减小器件的暗电流,较薄的p-GaN层会增加器件的量子效率,但是同时也增加了器件的暗电流.进一步的分析表明,金属和p-GaN之间的结电场是出现这种现象的根本原因.在实际的器件设计中,应该根据实际需要选择p型层的厚度. 关键词： GaN 紫外探测器 量子效率 暗电流     

结构参数对GaN肖特基紫外探测器性能的影响及器件设计

研究了GaN肖特基结构(n^--GaN /n⁺-GaN)紫外探测器的结构参数对器件性能的影响机理。模拟计算结果表明:提高肖特基势垒高度和减小表面复合速率,不仅可以增加器件的量子效率,而且可以极大地减小器件的暗电流;适当地增加n^--GaN层厚度和载流子浓度可以提高器件的量子效率,但减小n^--GaN层的载流子浓度却有利于减小器件的暗电流。我们针对实际应用的需要,提出了一个优化器件结构参数的设计方案,特别是如果实际应用中对器件的量子效率和暗电流都有较高的要求,肖特基势垒高度应该≥0.8 eV,n^--GaN层的厚度≥200 nm,载流子浓度1×10¹⁷ cm^-3 左右,表面复合速率＜1×10⁷ cm/s。     

GaN基MIS紫外探测器的电学及光电特性

制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构紫外探测器,并测量了其暗电流和光谱响应。通过分析其暗电流,发现在反偏情况下,其主要电流输运机制为隧穿复合机制;在正偏情况下,随着偏压的增大,电流输运机制从隧穿机制变为空间电荷限制电流机制。光谱响应测试结果显示,该探测器在-5 V的偏压下,在315 nm处获得了最大响应度170 mA/W,探测度为2.3×10¹² cm·Hz^1/2·W^-1。此外,还研究了不同厚度I层对器件光电压的影响,结果表明,光电压受隧穿机制与漏电流机制的共同制约。     

采用Al/TaN叠层电极提高Si基Ge PIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应, 导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻, 限制了Si基Ge探测器响应带宽. 本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的Ge PIN光电探测器. 对比了电极分别为金属Al和Al/TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基Ge PIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数. 发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻, 将台面直径为24 μ的探测器在1.55 μ的波 长和-1 V偏压下的3 dB响应带宽提高了4倍. 同时, 器件暗电流减小一个数量级, 而响应度提高了2倍. 结果表明, 采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极, 可有效钝化金属与Ge界面, 减轻费米钉扎效应, 降低金属与n-Ge接触的势垒高度, 因而减小接触电阻和界面复合电流, 提高探测器的光电性能.     

采用AI／TaN叠层电极提高Si基GePIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应,导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻,限制了si基Ge探测器响应带宽．本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的GePIN光电探测器．对比了电极分别为金属Al和A1／TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基GePIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数．发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻,将台面直径为24um的探测器在1．55um的波长和-1V偏压下的3dB响应带宽提高了4倍．同时,器件暗电流减小一个数量级,而响应度提高了2倍．结果表明,采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极,可有效钝化金属与Ge界面,减轻费米钉扎效应,降低金属与n-Ge接触的势垒高度,因而减小接触电阻和界面复合电流,提高探测器的光电性能．     

一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法

提出了一种减小GaN肖特基结构紫外探测器暗电流的方法.该方法是在普通的GaN肖特基结构的表面增加一层薄的p-GaN.模拟计算结果表明,该层p-GaN能增加肖特基势垒高度,从而减小了器件的暗电流,提高了器件性能.进一步的计算还发现,对于p型载流子浓度较高的情况下,只需要很薄的一层p-GaN就能显著增加肖特基势垒高度,对于p型载流子浓度较低的情况下,则需要较厚的一层p-GaN才能有较好的肖特基势垒高度增加效果. 关键词： GaN 肖特基结构 紫外探测器 暗电流