硅光电倍增器的变温伏安特性及水汽凝结对伏安特性的影响

为了研究硅光电倍增器(SiPM)在低温下能否正常工作,选取了两种典型的SiPM,通过液氮制冷方式,对SiPM在不同温度下的反向伏安特性进行了研究.结果显示,不同SiPM的过偏压范围(VB～Vb)随温度的变化差别很大,并且微量水蒸气凝结仅对未封装的SiPM伏安特性的Vb～VB段有明显影响.分析实验结果得出,SiPM正常工作电压的范围在很大程度上受到衬底材料中缺陷和陷阱浓度的影响.在低温下工作的SiPM,要求其衬底材料中缺陷和陷阱的浓度更低.在进行SiPM的低温应用和测量时,应密切监视偏压加在Vb～VB区间时,器件的电流是否有变化,而不能只观察击穿之前SiPM的漏电情况.     

硅全耗尽背照式光电二极管的光谱响应

建立了一个预测硅全耗尽背照式光电二极管响应率的解析模型.分析了所加反偏压与光谱响应之间的关系,解出了硅全耗尽背照式光电二极管的响应率和器件各参数之间的关系,并根据选定参数值计算出了给定外加偏压下400～1 100 nm范围的光谱响应曲线,预测探测器光谱响应峰值在1μm,峰值响应率达到0.72 A/W.实测结果表明:器件峰值响应与预测一致,反偏压对响应率的影响与预测相同,即响应率随着反偏压的升高而增大.并且在各种反偏压下的光谱响应曲线形状与预测基本吻合,证明了建立的模型可以正确地预测器件性能.     

采用SiPM探测三硝基甲苯的时间分辨拉曼光谱

硅光电倍增器（SiPM）是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器,有望取代传统的光电倍增器（PMT）用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及SiPM的高暗计数率的缺陷,建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三硝基甲苯（TNT）为样品,重点研究了其拉曼峰的峰本比（PBR）随选通时间的变化规律。结果表明:随着选通时间增大,拉曼峰的PBR呈现先增大后减小的趋势,最后变化缓慢。当选通时间为400 ps时,该方法所测得拉曼峰的PBR要优于商业拉曼谱仪和参考文献[12]采用的门控方法的结果,并且此时系统所记录的SiPM暗计数水平与PMT相当。该方法在很大程度上实现了对样品荧光和SiPM高暗计数率的抑制,显著提高了拉曼谱的PBR。     

高响应度GaAs-MSM光电自混频面阵器件

采用LP-MOCVD方法生长并制作了GaAs基底肖特基势垒的MSM光电自混频器件.器件为面阵式结构,象元数目为32×32.对器件的光电参数进行测试分析,器件的响应度在偏压为3V时,达到8.25 A/W,暗电流小于18 nA,对应的光电流密度为59.1 μA/cm2,单点饱和输入光功率为1μW.测试瞬态响应,器件响应峰值...     

U型凹槽电极硅MSM结构光电探测器的研制

为了提高硅MSM结构光电探测器的光电响应度,制备了U型凹槽电极结构的探测器.5 V偏压下,对650 nm波长入射光的绝对光电响应度测试表明,凹槽电极结构的探测器最大光电响应度值为0.486 A/W,比同样尺寸的平版结构光电探测器提高了约6倍.文中也对比了具有抗反射膜和不具有抗反射膜的器件相对响应光谱的差别,并且比较分析了叉指间隙分别为5 μm和10 μm器件光电响应的不同.     

用于远红外探测的Si:P阻挡杂质带红外探测器研制

提出了全外延技术方案制备阻挡杂质带薄膜,避免了离子注入制备背电极层影响外延薄膜质量的技术难点.基于硅器件工艺设计制作了Si:P阻挡杂质带红外探测器.测量了器件的光电流响应谱和暗电流特性曲线,指认了叠加在光电流响应谱上的尖锐杂质峰对应阻挡层中磷原子的杂质跃迁.研究了器件在低温下小偏压范围内的暗电流起源.通过对计算结果分析,排除了该区域暗电流起源于热激发电导和跳跃式电导的可能,指出暗电流来自器件对冷屏的光电响应.器件工作温度5 K,工作偏压1.6 V时,响应波段覆盖2.5~40μm,峰值波长28.8μm,峰值响应率20.1 A/W,峰值探测率3.7×1013cm·Hz1/2/W(背景光子通量低于1013ph/cm2·s).     

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试.测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%.     

AIInGaN／GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。测试结果表明,器件的正向开启电压约为1．5V,反向击穿电压大于40V;室温-5V偏压下,暗电流为33pA,350nm处峰值响应度为0．163A／W,量子效率为58％。     

基于石墨烯/硅微米孔阵列异质结的高性能近红外光探测器

本文报道了一种由石墨烯和硅微米孔阵列构筑的异质结探测器,具备高性能近红外光探测能力。通过光刻和反应离子刻蚀技术制备的硅微米孔阵列具有整齐光滑的表面,保证了较低的表面载流子复合速率。同时,孔阵列结构能有效地抑制入射光的反射,增加了有效光照面积,提高了石墨烯/硅异质结的吸收效率,从而提高了器件的光响应度。器件在±3 V偏压下表现出明显的电流整流特性,整流比为4.30×105,在功率密度为4.25 mW/cm2的810 nm入射光照射下器件的开关比达到了9.20×105。在入射光强为118.00 μW/cm2的810 nm光照下,光探测器的电流响应度可达到679.70 mA/W,探测率为3.40×1012 Jones;入射光强为7.00 μW/cm2电压响应度为1.79×106 V/W。更重要的是,该器件具有20.00/21.30 μs的升/降响应速度。相比于商业化硅光电二极管,石墨烯/硅微米孔阵列光电探测器结构简单、制备工艺简便,有望大幅降低制备成本。研究结果显示了石墨烯/硅微米孔阵列异质结探测器在未来低成本、稳定和高效近红外光探测应用方面的巨大潜力。     

紫外和蓝光区域硅PIN光电二极管

描述了采用离子注入、低温慢降温热处理和背面磷吸杂等方法在高阻(111)N型硅片上研制高性能PIN光电二极管的工艺技术,测量并分析了光电二极管的I-V、C-V和光灵敏度等性能.有源区面积为16mm×17mm的二极管样品在全耗尽偏置电压下(Vd=70V),环境温度为25℃时的暗电流和端电容典型值分别达到≤5nA和≤120pF.探测器在波长区域(380～500nm)的光谱响应典型值:400nm为0.26A/W,500nm为0.33A/W.量子效率在400～900nm光谱范围内达到70%～80%.对于紫外光至蓝光区域,该器件是一种理想的光探测元件.     

用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计

重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系,提出了过偏电压的计算方法.分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系,提出了一种单光子InGaAs雪崩二极管的设计方法.设计制作了InGaAs/InP SPAD,并在门控淬灭模式下进行了单光子探测实验.结果表明:对于200m的SPAD,在过偏2 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 20%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)20 kHz;对于50m的SPAD,在过偏2.5 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 23%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)2 kHz.最后对实验结果进行了分析和讨论.     

InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管阵列性能一致性研究

InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管(APD)阵列的性能与阵列片内均匀性密切相关.阵列面元的主要结构参数有倍增区厚度、电荷层厚度和掺杂浓度、吸收区的厚度以及器件工作的过偏压.它们的不一致性不仅会造成器件本身性能的差异,还为后续的读出电路带来了巨大的挑战.通过研究APD结构参数变化对其击穿电压(Vbreak)、暗计数率(DCR)和单光子探测效率(PDE)的影响,将APD阵列面元间击穿电压波动控制在±1V以内,使暗计数率和光探测效率的波动小于10％,从而得到不同温度下各个结构参数的最大允许波动值,确定了每个温度下制约器件性能的主要因素,为大规模、高性能盖革模式雪崩光电二极管阵列的材料生长和工艺制备提供了理论依据.     

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD）的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGaAs （x=0.53）材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y（x=0.78,y=0.47）材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好,可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV,截止波长为1.2 m,可满足1.06 m单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06 m InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。     

Ba_(0.7)Sr_(0.3)TiO_3热释电陶瓷材料研究

采用Pechini法制备了100 nm的Ba0.7Sr0.3TiO3纳米粉体,并用凝胶注模成型工艺制备不同Mn含量的BST陶瓷。研究表明,在Mn掺杂量为0.5%(摩尔分数),烧结温度为1 280℃时制备的样品,其热释电性能较好,在居里温度附近,30～40℃时,其平均热释电系数为450μC.m–2.K–1,对应平均探测率优值为5.6μC.m–3.K–1,1kHz频率条件下tanδ低于0.5%,εr为3 500左右(室温20℃,外加偏压200 V/mm)。     

大面积锗光电接收器的特性测量

本文介绍了大面积锗光电接收器的光谱响应、量子效率、频率特性和I-V特性的测量方法。在波长为1.3m处,响应度为0.47 A/W,量子效率为45％,频率响应为100kHz。在反向偏压为 5V,温度为12℃时,反向漏电流(以电流密度表示)为 2310-6A/cm2(直径为 7.5mm)。在1060℃变温范围内,测定了接收器的I-V温度特性和暗电流与温度的关系。最后对测试系统和实验现象进行了初步讨论。     

A Ka-band 22 dBm GaN amplifier MMIC

A Ka-band GaN amplifier MMIC has been designed in CPW technology,and fabricated with a domestic GaN epitaxial wafer and process.This is,to the best of our knowledge,the first demonstration of domestic Kaband GaN amplifier MMICs.The single stage CPW MMIC utilizes an AlGaN/GaN HEMT with a gate-length of 0.25μm and a gate-width of 2×75μm.Under V_ds=10 V,continuous-wave operating conditions,the amplifier has a 1.5 GHz operating bandwidth.It exhibits a linear gain of 6.3 dB,a maximum output power of 22 dBm and a peak PAE of 9.5%at 26.5 GHz.The output power density of the AlGaN/GaN HEMT in the MMIC reaches 1 W/mm at Ka-band under the condition of V_ds=10 V.     

The BER theoretical model and properties of SiPM‐based receiver for OOK optical communication

The bit error rate (BER) theory of silicon photomultiplier (SiPM) based on‐off keying optical communication receiver, which introduces photon equivalent threshold is established. The optical crosstalk effect, the dark counts, the amplitude fluctuations of output pulses of SiPM, the baseline fluctuation, the shape of the incident light pulse, the adjacent symbol interference as well as the photon detection efficiency (PDE) are considered in the theory model. The numerical result shows that the average minimum optical power required is much smaller than that of the avalanche photodiode‐based receivers under the same conditions. The BER of SiPM‐based optical communication receiver is very sensitive to the PDE and optical crosstalk (OC) probability of SiPM. For the application of digital optical communication, a SiPM with high PDE but low OC probability and low dark count rate is a preference, under the premise that the output pulse is fast enough. For the state‐of‐the‐art SiPMs, the dark count rate is small enough to obtain adequate BER, and the OC effect is not a big limitation of the performance of SiPM‐based receiver. Moreover, the amplitude fluctuation and the baseline fluctuation of the SiPM‐based receiver are not bottlenecks of the performance in practice.     

一种高PSR CMOS带隙基准电路设计

为了降低芯片电路功耗,电源电压需要不断的减小,这将导致电源噪声对基准电压产生严重影响。为此针对这一问题进行相关研究,采用SMIC 0.18μm工艺,设计出一种低功耗、低温度系数的高PSR带隙基准电压源。仿真结果表明,该设计带隙基准源的PSR在50 kHz与100 kHz分别为-65.13 dB和-53.85 dB;在2⁶ V电源电压下,工作电流为30μA,温度系数为30.38 ppm/℃,电压调整率为71.47μV/V。该带隙基准适用于在低功耗高PSR性能需求的LDOs电路中应用。     

Design Considerations for 1.06-$mu$m InGaAsP–InP Geiger-Mode Avalanche Photodiodes

For Geiger-mode avalanche photodiodes, the two most important performance metrics for most applications are dark count rate (DCR) and photon detection efficiency (PDE). In 1.06-$muhbox m$separate-absorber-avalanche (multiplier) InP-based devices, the primary sources of dark counts are tunneling through defect levels in the InP avalanche region and thermal generation in the InGaAsP absorber region. PDE is the probability that a photon will be absorbed (quantum efficiency) times the probability that the electron–hole pair generated will actually cause an avalanche. A device model based on experimental data that can simultaneously predict DCR and PDE as a function of overbias and temperature is presented. This model has been found useful in predicting changes in performance as various device parameters, such as avalanche layer thickness, are modified. This has led to designs that are capable simultaneously of low DCR and high PDE.