中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器

采用ICP (inductively coupled plasma etching) 刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式, 研制了像元中心距为10μm、截止波长2. 6μm的p-i-n型10×10元延伸波长In Ga As探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析, 显示了器件优异的暗电流特性.在室温下, -10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0. 45 nA和14. 7Ω·cm2, 量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能, 与同种材料中心距30μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性, 对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.     

中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器（英文）

采用ICP(inductively coupled plasma etching)刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式,研制了像元中心距为10μm、截止波长2. 6μm的p-i-n型10×10元延伸波长In Ga As探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析,显示了器件优异的暗电流特性.在室温下,-10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0. 45 nA和14. 7Ω·cm~2,量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能,与同种材料中心距30μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性,对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.     

128×128三电极中/长波双色量子阱红外探测器

量子阱红外探测器(QWIP)阵列具有重要的实用意义。国外的研究已经相当成熟,但是在国内,量子阱红外探测器阵列的研究水平还较低,尤其是对于双色量子阱红外探测器阵列的研究更是刚刚起步。文中使用GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs应变量子阱和三端电极引出的器件结构研制出128×128中/长波双色量子阱红外探测器阵列。该结构实现了同像元同时引出双色信号。器件像元中心距为40μm,像元有效面积为36μm×36μm。探测器芯片与读出电路互连并完成微杜瓦封装。在65 K条件下测试,峰值波长为:中波5.37μm,长波8.63μm,器件的平均峰值探测率为:中波4.75×109cmHz1/2W-1,长波3.27×109cmHz1/2W-1。并进行了双波段的红外演示成像。     

中红外半导体光源和探测器件及其应用

中红外波段(2～25 μm)的光电子器件在气体检测、红外遥感和红外对抗等领域都有重要应用.介绍了笔者近年来在中红外波段的半导体光源和光电探测器方面的工作进展,包括InP基量子级联激光器、2μm波段锑化物量子阱激光器和波长扩展InGaAs光伏型探测器的研制以及器件应用方面的工作.这些光电子器件所用高性能材料都是笔者采用分...     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

基于AOTF的近红外成像系统研究

以声光可调谐滤光器(AOTF)作为分光器件,采用FPA-640×512InGaAs焦平面阵列探测器作为光学敏感接收器件,设计了近红外成像系统。该系统由AOTF光路模块、射频驱动源模块及阵列探测器成像模块3大部分组成。首先介绍了AOTF的工作原理,并根据该原理设计了高频信号发生电路和功率放大电路,用来驱动AOTF衍射出不同波长的光波;以现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理单元的探测器成像模块,在接收到来自射频驱动同步接口电路的上升沿信号后,产生探测器正常工作所需时序,最终通过数据采集存储实现图像复原。搭建了近红外成像系统,实验表明,在0.9~1.7μm近红外波段范围内系统成像质量清晰,具有较高的应用价值。     

硫化铅红外探测器可靠性研究

硫化铅红外探测器是用于航空航天、军事等高科技领域可探测1~3μm波长微弱红外辐射的光敏器件。通过对硫化铅红外探测器的设计和工艺研究,在理论分析和工艺试验的基础上,优化探测器光敏元制膜材料配方、改进光敏元保护工艺以及红外探测器装配工艺,解决了器件在特殊环境下使用的性能稳定性和可靠性问题。从而为研制高可靠性硫化铅红外探测器找到了有效的途径。     

红外材料、器件及应用

(SPIE Vol.6835)一、红外材料/器件及其应用1.非致冷微测辐射热计TECless操作的新型体系结构(F.Simoens等) 2.基于先进红外探测器的新概念系统的研究与发展(Quanxin Ding等) 3.256×1元InGaAs短波近红外探测器线列(Xue Li等) 4.2.4μm 256元InGaAs光伏探测器线列的性能分析(Kefeng Zhang等) 5.基于HgCdTe单晶的近红外光电探测器(Xiaolei Zhang等) 6.中国斯特林低温制冷机的性能与可靠性特性(X.     

一种可对大功率激光信号进行直接检测的新型InGaAs光电探测器

在国内首次介绍了一种新近研制的InGaAs／InP实用化光电探测器，它可在0．5～1.7μm波长对高达500mW的大功率激光进行直接检测，并给出了器件光学衰减滤波片的设计以及器件的主要性能参数。     

8英寸Si衬底上高质量AlGaN/GaN HEMT结构的生长

在8英寸(1英寸=2.54 cm)的Si衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长了高质量、无龟裂的GaN薄膜和AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.通过调节应力调控层的结构,厚度为5 μm的GaN膜层翘曲度低于50 μm.采用X射线衍射(XRD)对GaN薄膜的(002)和(102)衍射峰进行扫描,其半峰全宽(FWHM)分别为182和291 arcsec.透射电子显微镜(TEM)截面图显示GaN外延层的位错密度达到了3.5×107/cm2,证实了在大尺寸Si衬底上可以制作高质量的GaN薄膜.AlGaN/GaN HEMT结构的二维电子气浓度和载流子迁移率分别为9.29×1012/cm2和2 230 cm2/(V·s).基于这些半绝缘AlGaN/GaNHEMT结构所制作的功率电子器件的输出电流可达20 A,横向击穿电压可达1 200 V.     

利用脉冲准分子激光在ZnS上沉积类金刚石薄膜

利用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,通过对激光等离子体的粒子成分以及空间分布的诊断,实现了等离子体成分的选择性沉积。在不降低光谱范围和透过率指标的前提下,解决了类金刚石(DLC)薄膜和硫化锌(ZnS)基底的牢固结合问题;通过改进基底平台的扫描方式,在激光烧蚀沉积工艺中沉积了80mm的大面积均匀类金刚石薄膜。制备的类金刚石/ZnS镀膜样品,光谱范围为0.53~12μm,其中1.3~11μm波段透过率在70%以上,膜层均匀性优于95%,可耐受环境湿度95%~100%,工作温度-45~85℃,附着力达到国军标要求。研究表明,利用类金刚石薄膜可以明显提高ZnS材料的耐冲击、耐高温、耐辐射和抗沙粒、盐、雾和尘埃的磨损侵蚀等能力。     

Synthesis,Properties, and Photopolymerization of Liquid‐Crystalline Oxetanes: Application in Transflective Liquid‐Crystal Displays

Mixtures of liquid‐crystalline di‐oxetanes and mono‐oxetanes are made for the purpose of making birefringent films by photopolymerization. The composition of a di‐oxetane mixture that forms spin‐coated films of planarly aligned nematic monomers is reported. These films are photopolymerized in air. The molecular order of the monomers can be changed on the microscale to form thin films with alternating birefringent and isotropic parts by using a combination of photopolymerization and heating. The interface observed between the birefringent and isotropic 10 μm × 10 μm domains is very sharp and the films show hardly any surface corrugation. In addition, the polymerized films are thermally stable, making them very suitable for use as patterned thin‐film retarders in high‐performance transflective liquid‐crystal displays (LCDs) which satisfy customer demand for displays that are brighter and thinner and that deliver better optical performance than conventional LCDs with an external non‐patterned retarder.     

Ultrathin Flexible Graphene Film: An Excellent Thermal Conducting Material with Efficient EMI Shielding

As the portable device hardware has been increasing at a noticeable rate, ultrathin thermal conducting materials (TCMs) with the combination of high thermal conductivity and excellent electromagnetic interface (EMI) shielding performance, which are used to efficiently dissipate heat and minimize EMI problems generated from electronic components (such as high speed processors), are urgently needed. In this work, graphene oxide (GO) films are fabricated by direct evaporation of GO suspension under mild heating, and ultrathin graphite‐like graphene films are produced by graphitizing GO films. Further investigation demonstrates that the resulting graphene film with only ≈8.4 μm in thickness not only possesses excellent EMI shielding effectiveness of ≈20 dB and high in‐plane thermal conductivity of ≈1100 W m^‐1 K^‐1, but also shows excellent mechanical flexibility and structure integrity during bending, indicating that the graphitization of GO film could be considered as a new alternative way to produce excellent TCMs with efficient EMI shielding.     

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm （中心波长为4.95 μm）,光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10 μm,拼缝不平行误差为1 μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。     

飞秒脉冲激光沉积Si基a轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜

在钛酸铋(Bi4Ti3O12)薄膜的制备过程中容易获得晶粒c轴垂直于基片表面的薄膜,而压电和铁电存储器主要利用a轴的自发极化分量,因而制备a轴择优取向的Bi4Ti3O12铁电薄膜具有特别的意义。采用飞秒脉冲激光作用在钛酸铋陶瓷靶上,采用Si(111)作为衬底,制备了a轴择优取向的钛酸铋薄膜。采用X射线衍射(XRD)的薄膜附件和场发射扫描电镜(FSEM)研究了薄膜的结构和形貌;采用傅里叶红外光谱仪测量了室温(20℃)下在石英基片上沉积的样品的光学特性;室温下沉积的钛酸铋薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均大小为20 nm,其光学禁带宽度约为1.0 eV。在500℃沉积的钛酸铋薄膜呈a轴择优取向,晶粒大小在30~300 nm之间,薄膜的剩余极化强度Pr为15μC/cm2,矫顽力Er为48 kV/cm。     

Cu(In,Ga)Se2太阳电池缓冲层ZnS薄膜性质及应用

在含有ZnSO4,SC(NH2)2,NH4OH的水溶液中采用CBD法沉积ZnS薄膜,XRF和热处理前后的XRD测试表明,ZnS沉积薄膜为立方相结构,薄膜含有非晶态的Zn(OH)2.光学透射谱测试表明,制备的薄膜透过率(λ＞500nm)约为90%,薄膜的禁带宽度约为3.51eV.ZnS薄膜沉积时间对Cu(In,Ga)Se2太阳电池影响显著,当薄膜沉积时间在25～35min时,电池的综合性能最好.对比了不同缓冲层的电池性能,采用CBD-CdS为缓冲层的电池转换效率、填充因子、开路电压稍高于CBD-ZnS为缓冲层的无镉电池,但无镉电池的短路电流密度高于前者,两者转换效率相差2%左右.ZnS可以作为CIGS电池的缓冲层,替代CdS,实现电池的无镉化.     

Raman Anisotropy Measurements: An Effective Probe of Molecular Orientation in Conjugated Polymer Thin Films

Understanding the molecular alignment of conjugated polymers within thin‐film samples is essential for a complete picture of their optical and transport properties, and hence for the continued development of optoelectronic device applications. We report here on the efficacy of Raman anisotropy measurements as a probe of molecular orientation, presenting results for aligned polyfluorene nematic glass films. Comparison is made with the results of optical dichroism measurements performed on the same samples. We show that in many cases molecular orientation can be more directly characterized by Raman anisotropy, and that it can have a greater sensitivity to the degree of molecular orientation than conventional optical dichroism. The fact that the Raman measurements can be readily performed on the same thin films (～ 100 nm thickness) that are required for optical dichroism means that there is no ambiguity in a direct comparison of results. This situation differs from that for standard X‐ray diffraction measurements (these require film thicknesses of several μm) and electron diffraction or electron energy loss spectroscopy measurements (these require film thicknesses of 10 nm or less). The Raman data allow the angle (relative to the chain axis) for the optical dipole transition moment to be deduced from the dichroic ratio, and confirm the role that its off‐axis component plays in limiting this ratio. The added fact that Raman anisotropy data can be collected in situ, in reflection geometry for standard device structures, and with microscopic resolution and chemical specificity makes the technique even more attractive as a non‐invasive device probe.     

中短波红外双带通低温滤光片的设计与制备

双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道,从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片,选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层,在蓝宝石（Al₂O₃）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系,它们在另一通带位置兼具增透能力,组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示,在100 K低温下,短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%,顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%,波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求,有利于更加精确的红外遥感和探测。     

金属/介质多层薄膜结构光极化调控特性

基于等效介质理论, 描述了金属/介质多层薄膜周期结构的各向异性, 提出了分析这种结构光传输特性的理论方法, 研究了不同取向薄膜结构的光学性能。通过理论分析和基于有限元方法的全波电磁仿真后发现, 在不考虑损耗的情况下, 通过调整金属/介质多层薄膜周期结构中的材料参数、薄膜结构取向, 能使得垂直入射的TE波和TM波的透射效果有很大差异, 说明该结构具有光极化调控特性。根据这一光极化调控特性, 设计了由碳化硅和二氧化硅薄膜的组合结构, 成功构造了10.6 μm红外波段的光极化分离器。金属/介质多层薄膜结构光极化调控特性对于光学器件中极化分离和极化变换的实现提供了一条新的途径。