外延阻挡杂质带探测器的抗反射

传统外延阻挡杂质带探测器由于其材料物性和特殊的结构设计存在很强的反射,这些能量损失非常不利于器件的探测性能.报道了一种类光栅双层超构表面微结构阵列,并将此人工微结构引入到外延阻挡杂质带红外探测器以抑制对入射光的反射.实验结果显示,具有超构表面微结构阵列的器件在波长30μm处反射率低于3％,在25.3～32.2μm波段范...     

离子注入型硅掺砷阻挡杂质带长波红外探测器的研究

研究了基于离子注入技术制备硅掺砷阻挡杂质带探测器的工艺,通过优化工艺条件和相关器件的结构与材料参数,制造了具有良好光电响应性能的长波红外探测器。在温度5 K,-3.8 V工作偏压下,探测器的峰值响应波长为23.8μm,黑体响应率为3.7 A/W,3.2 V时最大探测率为5.2×10~(13) cm·Hz~(1/2)/W。性能指标堪与文献报道的结果相媲美甚至更好,展示了离子注入工艺在制作阻挡杂质带探测器方面的潜在优势,特别是离子注入工艺与目前的微电子电路技术相兼容,能将探测器与读出电路集成到一块芯片上,在降低成本的同时提高探测器成像性能。     

硅基阻挡杂质带太赫兹探测器及其成像研究

太赫兹探测及成像技术是推动太赫兹科学技术发展的基础和关键.为了实现高灵敏太赫兹探测及成像,设计了一种台面型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器,详细介绍了其结构及探测机理,描述了其制备工艺流程,并搭建了黑体响应测试系统.结果表明,4.2K温度条件下,3.8V工作偏压时,探测器峰值响应率可达55A/W,响应频段覆盖6.7～60THz.此外,搭建了一套两维扫描成像系统,实现了高分辨率被动成像.实验结果表明,成像系统空间分辨率可达400μm、温度分辨率约为7.5mK.     

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).     

可用于多波段融合的超结构/阻挡杂质带复合结构探测器（特邀）

太赫兹辐射是指频率在30 μm~1 mm范围内的电磁波,具有穿透性强、安全性高、特征性强及定向性好等特点,因此,太赫兹技术在天文观测、安全监控、物质鉴定及生物医学等领域具有广阔的应用前景。阻挡杂质带探测器具有灵敏度高、阵列规模大、探测谱段宽等核心优势,是太赫兹辐射探测的优良选择。阻挡杂质带探测器目前主要采用三种材料体系,分别为Si、Ge、GaAs。基于这三种材料体系的阻挡杂质带探测器可实现在3~500 μm的超宽波段探测。超结构是由亚波长结构单元构成人工复合结构,在光电探测器上引入超结构,利用等离激元共振、偶极共振调控特性,可以将电磁场能量强烈的局域在金属/探测器界面位置。因此,超结构与阻挡杂质带结合,可有效调控探测峰位、缩小探测峰半高宽、强化光谱分辨能力,并有望大规模应用于3~500 μm的多波段融合探测。同时,超结构与阻挡杂质带探测器结合,可进一步提高器件响应率,减小器件尺寸,降低工艺难度。文中简要叙述了阻挡杂质带探测器的工作机理,介绍了国内外阻挡杂质带探测器的研究历史及研究现状。最后,在探测器波段调控、光谱分辨、增强吸收等角度详细介绍了Si、Ge、GaAs基超结构/阻挡杂质带复合结构探测器的研究现状,并结合目前该技术发展瓶颈问题,在高纯材料生长、光场局域效应机理研究等方面提出了下一步的研究展望。     

硅基BIB红外探测器研究进展

以锗基和硅基为主的阻挡杂质带（blocked impurity band,BIB）红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局（NASA）为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。     

新型台面型GaAs基BIB探测器的背景电流测试与分析

制备了响应在太赫兹波段的台面型砷化镓(GaAs)基阻挡杂质带(BIB)探测器,并进行了背景电流的测试分析。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行外延层生长,能更有效地控制吸收层的掺杂浓度,提高阻挡层的纯度。另外,搭建了GaAs基BIB探测器的低温测试系统,在 3.4 K测试温度下,对器件施加-5~5 V偏压,测得300 K背景响应电流在10-2~10-6 A量级。在低电流区,电流随偏压增加的速率相对较快;在高电流区,电流随偏压增加的速率变得相对平缓。且对于相同偏压绝对值,正偏压工作模式下的背景响应电流比负偏压工作模式下的背景电流高。基于测试结果,重点分析了GaAs基BIB探测器的光电输运机理。     

基于ALD技术的高性能光电探测器研究进展

采用原子层沉积(ALD)技术制备的薄膜具有致密性高、保形性高、平滑性好、缺陷密度低、厚度可精准调控等优势,被广泛应用于各类光电器件中.利用ALD技术制备的功能薄膜可以明显改善光电探测器的暗电流、探测率和线性动态范围等性能.以基于ALD技术的高性能光电探测器为主题,首先详细介绍了热ALD生长薄膜的基本原理,同时简要介绍了等离子体增强ALD技术生长薄膜的基本原理.然后依据光电探测器中薄膜的功能不同,依次总结了基于ALD技术制作的活性层、钝化层、界面层、电荷传输层等实现高性能光电探测器的研究进展.最后对ALD技术在光电探测器领域的发展趋势和挑战进行了展望.     

Si基Ge波导光电探测器的制备和特性研究

以外延Ge薄膜为吸收区,在Si基上制备了Ge波导光电探测器。利用超高真空化学汽相淀积(UHV/CVD)设备,采取低温高温两步法,在Si(100)衬底上外延出厚度约为500nm的高质量纯Ge层。探测器采用脊型波导结构,Al电极分别制作在波导的台面上下形成背对背肖特基结。I-V特性测试表明,在-1V偏压下,暗电流密度为0.2mA/cm2。由于Si与Ge热失配引起外延的Ge薄膜受到0.2%张应变,减小了Ge带隙,光响应波长范围扩展到1.60μm以上。在70mW、1.55μm入射光照射下,测得光电流比暗电流高出近1个数量级。     

直拉法制备锑化铟单晶的表面杂质研究

制备高质量锑化铟(InSb)单晶是发展大规模红外焦平面器件以及新型高温红外探测器衬底材料的关键。而在用直拉法生长InSb的过程中,表面杂质的出现会严重影响成品率。利用X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)技术研究了生产中InSb晶体表面杂质膜层的成分,分析了其主要来源及造成的影响,并采取相应工艺措施进行了改进。结果表明,InSb晶体表面杂质膜层的主要成分为In₂O₃、Sb₂O₃和Sb₂O₅三者的混合物以及碳沾污,其厚度不超过40 nm。通过对单晶炉处理和保护气氛的工艺优化,表面杂质大大减少,为获得高质量晶体奠定了基础。