太赫兹量子阱探测器性能研究及提高

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_(0.04)Ga_(0.96)As)太赫兹量子阱探测器,并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征,得到峰值响应频率为6.78 THz,背景噪声限制温度为16 K.理论上,首先,考虑多体效应对器件能带结构的影响,计算得峰值响应频率为6.64 THz,考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件,铝组分低,阱宽窄),理论与实验吻合的较好,证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响;然后,对器件的电流电压特性进行研究,计算得到背景噪声限制温度为17.5 K,与实验吻合.太赫兹量子阱探测器较低的工作温度,极大限制了其应用,提出了两种实现高温探测的方法:(1)引入光学汇聚天线,提高器件背景限制温度,计算结果表明当引入增强系数为10~6倍的天线时,其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K);(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用,可实现信号噪声限制模式,从而实现高温探测.计算表明,当激光器功率达到0.003 mW/μm~2,器件的工作温度可达77K.     

808 nm半导体激光器的温度特性

用波长漂移法测试了808 nm半导体激光器额定功率分别为1 W,2 W,3W的器件在不同的输出功率下的热阻,得到额定功率为1 W的器件在输出功率为1 W时的热阻最小为4.28 K/W,额定功率为2 W的器件在输出功率为2 W时的热阻最小为5.45 K/W,额定功率为3 W的器件在输出功率为3 W时的热阻最小为5.5 K/W。并对额定功率为3 W的器件在不同的占空比下进行了测试,0.5%占空比脉冲条件下温升相当于持续条件下温升的19.6%。并用ANSYS模拟了器件温度随时间的变化,得出脉冲的特点是1 ms温升就能达到稳态的50%,0.1 s就能达到稳态的95%以上。     

量子级联激光器热仿真与分析

针对大功率量子级联激光器对高散热能力的迫切需求,文章通过有限元法建立了常见器件结构的二维散热模型。在设置的热沉温度为293 K、波长为8.3μm、波导宽为8μm、发热功率为12.4 W的器件模型中,研究了不同器件散热结构和封装结构对量子级联激光器的温度及热通量分布的影响,进而评价器件的散热能力。结果表明,正焊无电镀金双沟道脊器件、正焊有电镀金双沟道脊器件和倒焊器件的最高温度分别为546,409和362 K。在掩埋异质结器件中,正焊无电镀金器件、正焊有电镀金器件、倒焊器件的最高温度分别为404,401和361 K。与使用铜底座相比,使用金刚石底座的掩埋异质结倒焊器件有源区的最高温度为355 K。对模型热通量分布进行了分析,发现掩埋异质结器件的热量分布更加均匀,有源区温度更低,这表明掩埋异质结更适合高功率器件。     

共振隧穿二极管的直流变温特性

优化设计了GaAs/InGaAs/AlAs双势垒异质结构,采用台面工艺实现了RTD的器件制备,在3³50K温度范围内对器件的直流特性进行了测试分析。实验结果表明,受热电子发射电流的影响,当测试温度T>77K时,GaAs基RTD的直流特性参数随温度变化显著;而当T<77K后,器件直流特性趋于饱和。基于实验数据外推的最高工作温度和极限负阻温度分别为370K和475K。     

三菱电机公司制成100万象素的红外摄象器件

日本三菱电机公司已制成1040×1040(约100万)像素的红外摄像器件(波长为3～5μm)。在光电转换部分采用 PtSi 势垒二极管,并用 CCD 传输电荷。目前,日本电气等公司已制成40万像素的器件,红外摄像器件(获取被摄体发出的红外线传感器),用于监视摄像机和温度计。可检出器件的温差为0.1K(被摄体的环境温度为300K,器件冷却到80K)。每1cm~2的暗电流为7.9nA(环境温度为77K),耗散功率为300mW。CCD 传输时钟频     

高工作温度p-on-n中波碲镉汞红外焦平面器件研究

As注入掺杂的p-on-n结构碲镉汞红外探测器件具有少子寿命长、暗电流低、R₀A值高等优点,是高温器件研究的重要技术路线之一。针对阵列规模640×512、像元中心距15 μm 的As掺杂工艺制备的p-on-n中波碲镉汞焦平面器件,测试了不同工作温度下的性能和暗电流。研究结果表明,在80 K工作温度下,器件响应表现出高响应均匀性,有效像元率达99.98%;随着工作温度升高,器件盲元增多,当工作温度为150 K和180 K时,有效像元率降低至99.92%和99.32%。由于对器件扩散电流更好的抑制,器件在160~200 K温度范围内的暗电流低于Rule-07。并且当工作温度在150~180 K时（300 K的背景下）,器件具有较好的信噪比,极大程度地体现了高温工作的可行性。     

光泵式激光器Pb1-xSnxTe

光泵式Pb1-xSnxTe激光器已经工作,其温度为4°K,输出功率为0.4毫瓦,波长为15微米,使用1:1传号与空号比的800赫兹的二氧化碳激光器泵。对4°K到30°K温度范围内的器件输出功率和发射波长作了说明。激光发射已由汽相外延和液相外延生长的材料达到。由液相外延得到的突变结和高的表面质量使其特别适合研制多层结构。     

平面型2.6μm InGaAs 红外探测器变温特性研究

通过闭管扩散方式,在NIN型InP/In0.82Ga0.18As/InP材料上制备了单元及八元平面型红外探测器件,研究了器件的光谱响应特性、变温电流-电压特性以及器件探测率的温度响应特性。研究表明,不同温度下,在较低的偏压下,器件的正向暗电流的主要成分为源于材料缺陷的产生-复合电流,随着电压增大,器件的电流将会受到串联电阻的限制而趋于饱和。在近室温(>250 K)下,器件的反向电流主要以扩散电流和产生-复合电流为主,随着温度降低(<158 K),与偏压成正比的隧穿电流将占优势。温度>158 K时,器件的R     

4H-SiC紫外光电探测器光电特性随温度变化的研究

利用光电流谱法研究了300K到60K温度范围内的p-i-n结构4H-SiC紫外光电探测器的暗电流及相对光谱响应特性。研究发现随着温度的降低,探测器的暗电流和相对光谱响应都逐渐减小;而且,反向偏压越高,暗电流减小的速率越大。在零偏压下,随着温度的降低,器件的温度从300K降低到60K时,相对光谱响应的峰值波长先向短波方向移动,后向长波方向移动,在60K时移至从272nm附近移至282nm附近;同时观察到探测器的相对光谱响应范围略有缩小,。此外,我们对器件并讨论了温度变化对器件p、i、n各层产生的光电流随温度变化的机理进行讨论,提出了可以通过减少i层缺陷和适当减小n层的掺杂浓度的方式来提高器件的相对光谱响应。     

新型发射极指组合结构功率SiGe HBT热分析

提出了一种发射极指分段和非均匀发射极指长、指间距组合的新型器件结构,以改善多指功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)的热稳定性。考虑器件具有多层热阻,发展建立了相应的热传导模型。以十指功率SiGe HBT为例,运用有限元方法对其进行热模拟,得到三维温度分布。与传统发射极结构器件相比,新结构器件最高结温从416.3 K下降到405 K,各个发射指上的高低温差从7 K～8 K下降为1.5 K～3 K,热阻值下降14.67 K/W,器件整体温度分布更加均匀。     

高温连续输出AlGaAs大功率单量子阱激光器的工作特性

本文介绍了利用MBE方法生长的大功率AlGaAs单量子阱激光器的高温工作特性．激光器的室温连续输出功率达到2W．在95℃高温连续工作状态下，其输出功率仍可达到500mW的水平．器件的特征温度高达185K（35～85℃）及163K（85～95℃）．同室温相比，器件在95℃的工作条件下，其功率输出的斜效率下降了23％．     

雪崩光电探测器的击穿效应模型分析

基于CMOS工艺制备了空穴触发的Si基雪崩探测器(APD),基于不同工作温度下器件的击穿特性,建立空穴触发的雪崩器件的击穿效应模型。根据雪崩击穿模型和击穿电压测试结果,拟合曲线得到击穿电场与温度的关系参数(dE/dT),器件在250～320 K区间内,击穿电压与温度是正温度系数,器件发生雪崩击穿为主,dV/dT=23.3 mV/K,其值是由倍增区宽度以及载流子碰撞电离系数决定的。在50～140 K工作温度下,击穿电压是负温度系数,器件发生隧道击穿,dV/dT=-58.2 mV/K,其值主要受雪崩区电场的空间延伸和峰值电场两方面因素的影响。     

长波碲镉汞变面积二极管器件

采用不同钝化工艺制备了一系列具有不同P/A比的变面积光电二极管器件.在77~147 K温度范围对器件R_0A和1 000/T关系进行了分析,结果表明在该温度区间器件暗电流主要以扩散电流占主导.对器件的R_0A分布进行了研究,77 K下HgCdTe薄膜内的体缺陷及非均匀性对器件性能产生了重要的影响;127 K下由于体扩散电流增加,缺陷对器件的作用显著弱化.77 K和127 K下器件R_0A随P/A比增大而减小,表明表面效应对器件具有重要的影响.基于Vishnu Gopal模型对器件1/R_0A值和P/A关系进行了拟合分析,证实了器件存在较大的表面漏电现象,且通过表面钝化工艺的改进,有效减小了表面效应对器件性能的影响.     

具有一级光栅的980nm大功率宽条分布反馈激光器

为了达到较高的泵浦效率及波长稳定性,制备了980nm宽条形分布反馈半导体激光器。利用纳米压印技术制备了周期为148nm的一级内置光栅。器件发光条宽为90μm,腔长为2mm。在连续工作条件下,器件的最大输出功率达到1.2W以上,斜率效率为0.7W/A,中心波长随电流和温度的漂移系数分别降至0.19nm/A和0.064nm/K,波长锁定的温度范围达到50℃。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析.测量温度从30K到240K,得到R0对数与温度的1000/T的实验曲线及拟合结果.同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析.研究表明在我们器件工作的温度点80K,零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流.要提高器件的水平,必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献.     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。     

栅脉冲条件下GaN MESFET电子温度分布仿真

利用数值模拟仿真对GaNMESFET在栅脉冲条件下的电子温度分布进行了研究。结果表明,在器件的栅下靠近漏端一侧的沟道处电子温度最高,当栅脉冲电压为-18V时可达6223K,并且电子温度从最高点向四周逐渐降低最后与晶格温度(300K)达到一致。同时还发现,电子温度与电场方向和电子电流方向密切相关,电子温度的最高点并不在电场的极大值处,而是在电场方向与电子电流方向一致之处。     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

通过成结模拟器研究n+-n--p碲镉汞高温探测器

第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n⁺-n^--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n⁺-n^--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真,获得成结过程的制备参数,并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺,将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限,研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试,中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异,在80K工作温度下噪声等效温差（NETD）达到了6.1 mK,有效像元率为99.96%;而在150K工作温度下噪声等效温差（NETD）为11.0 mK,有效像元率为99.50%,达到了同类器件的理论极限。     

温差电致冷的M1RPY系列3～5微米多元碲镉汞红外探测器

这种探测器阵列是在195K工作,用四级温差电致冷器致冷,特别适用于手提式热成象装置。这种阵列和致冷器封装结构小巧坚固,有80根引线,窗口为蓝宝石(图1)。有M101RPY和M104RPY两种标准型号,其主要特性列于表1。M101RPY型探测器为10元,致冷器功率为6瓦,器件在开机后30秒内达到195K工作温度,M104RPY型为14元,致冷器功率3瓦,器件在180秒内达到195K工作温度。