利用表面微结构提高波长上转换红外探测器效率

波长上转换红外探测器具有实现大面阵焦平面的优势, 但光提取效率是制约器件整体效率的关键因素之一. 本文主要研究利用表面微结构来提高波长上转换红外探测器的效率. 首先通过仿真计算研究了表面微结构参数对光提取效率的影响, 然后基于优化设计的参数, 采用聚苯乙烯纳米球掩膜刻蚀的方法制作了具有圆台型表面微结构的波长上转换红外探测器. 测试结果表明, 具有表面微结构的器件的光提取效率比无表面微结构的器件提高了130%. 本文制作表面微结构的方法可以实现波长上转换红外探测器件整体效率的提高.     

量子级联波长上转换系统红外响应特性研究

通过对波长上转换红外探测过程的分步测试和理论计算,对量子级联波长上转换器件与系统的红外响应特性进行了深入的研究。结果表明:量子级联波长上转换红外探测器件可以在较低的本底发光下实现较强的红外响应。上转换器件的响应度在平带偏压附近迅速增加,且红外光转换为上转换器件电流的线性度良好。对于波长上转换器件的近红外发光过程,文中应用ABC模型,获得了与测试结果非常一致的系统响应电流与电流转换效率,并合理地解释了波长上转换红外探测系统的非线性响应特征。     

红外波长上转换器件中载流子阻挡结构的研究

复杂半导体材料结构中的载流子分布特性对器件性能有重要影响. 本文针对一种新型的波长上转换红外探测器, 研究了载流子阻挡结构对载流子分布和器件特性的影响. 论文通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程、电流连续性方程和载流子速率方程分析了不同器件结构中的空穴分布. 同时, 生长了相应结构的外延材料, 并通过电致荧光谱分析了载流子阻挡结构对器件特性的影响. 结果表明, 2 nm厚的AlAs势垒层既能有效阻挡空穴又不影响电子输运, 有利于制作波长上转换红外探测器. 此外, 论文分析了阻挡势垒层的厚度和高度以及工作温度对载流子分布的影响. 本文研究结果亦可应用于其他载流子非均匀分布的半导体器件.     

光子晶体结构对量子阱红外探测器光吸收增强效应的研究

针对量子阱红外探测器(QWIP)光吸收效率较低 的问题,研究了基于光子晶体的耦合结构对 QWIP光吸收效率的增强效应。通过建立吸收效率计算模型并使用有限元方法,研究了光子晶 体结构中谐 振模式的光场分布,以及光子晶体结构参数对QWIP吸收效率的影响规律。通过综合优化,利 用光子晶体的谐振增强效应,理论上可以获得约88%的QWIP光吸收效 率。     

发光量子阱对波长上转换红外探测器效率的影响

波长上转换红外探测器在实现大面阵、低暗电流红外探测方面具有很大的发展潜力.短波长光子的发光效率是影响上转换器件效率的重要因素.设计、制作了具有不同发光阱个数的波长上转换红外探测器件,结合器件的红外响应和仿真计算,分析了发光阱个数对波长上转换效率的影响规律.研究结果表明,选择单个发光阱,有利于提高器件的发光效率,从而提高波长上转换效率.