新型GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器暗电流特性

对基于GaAs/AlGaAs系子带间吸收的一种新型量子阱红外探测器,采用Poisson方程和Schrodinger方程,计算了新器件结构的能带结构、电子分布特性,在此基础上采用热离子发射、热辅助遂穿模型对器件的暗电流特性进行了模拟,计算结果与器件实测的暗电流特性吻合得很好,说明热离子发射、热辅助遂穿机制是形成器件暗电流的主要构成机制,增加垒高、降低阱中掺杂浓度及降低工作温度是抑制器件暗电流的主要途径,计算结果对进一步优化器件的设计将起到重要的理论指导作用．     

AlGaAs/GaAs多量子阱红外探测器暗电流特性

介绍了AlGaAs/GaAs多量子阱红外探测器(QWIP)暗电流与噪声的关系和降低暗电流的途径:基于湿法化学腐蚀工艺制作了300μm×300μm台面单元器件,并用变温液氦杜瓦测试系统在不同温度下对红外探测器暗电流进行了测试并分析.在温度小于40 K时,随着温度的改变暗电流没有明显的变化;当温度大于40 K时,暗电流随着温度的升高迅速变大,正、负偏压下QWIP暗电流具有不对称特性.     

MOVCD生长GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器暗电流特性研究

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长了GaAs/AlGaAs量子阱材料,分别制备了300μm×300μm台面,峰值波长8.5μm,外电极压焊点面积80μm×80μm,内电极压焊点面积20μm×20μm的单元测试样品。用变温液氦制冷机测试系统对两个样品进行50～300K的变温测试,分析了器件在不同偏压条件下的暗电流特性。发现该量子阱红外探测器的背景限温度为50K。不同生长次序中GaAs与AlGaAs界面的不对称性,以及掺杂元素的扩散导致了正负偏压下的I/V曲线呈不对成性。探测器电极压焊点面积大小与位置的不同对暗电流有一定的影响。     

GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器材料研究

本文报道ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱长波长红外探测器材料的制备及其性能．这种材料由ＧａＡｓ阱和ＡｌＧａＡｓ势垒组成，除内ｎ型掺杂，具有５０个周期．利用分子束外延技术成功地生长出了大面积（２英寸）均匀（厚度△ｔ＿ｍａｘ／≤３％，组分△　ｘ＿ｍａｘ／ｘ≤３．４％，掺杂浓度△ｎｍａｘ／ｎ≤３％，椭圆缺陷≤３００ｃｍ－２）的外延材料．分析了暗电流的成因，通过加厚势垒（Ｌｂ≥３００）、控制掺杂（ｎ≤１×１０￣１８ｃｍ￣３）、精确设计子带结构，将暗电流降低了几个数量级，同时使电子的输运得到了改善．由此得到了高质量的     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器的发展及展望

本文较为详细的评述了GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器在国内外的发展动态,内容涉及单元探测器的国内外最新水平和研究焦点;新型器件如双色型、光伏型等的国内外最新发展动态,此外还评述了大面积焦平面列阵器件的进展。     

高灵敏度低暗电流GaAs量子阱红外探测器

本文报道我们研制的高灵敏度、低暗电流的ＧａＡｓ量子阱长波长红外探测器的制备和性能．探测器具有５０个ＧａＡｓ量子阱和Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ势垒，器件制成直径为３２０μｍ的台面型式单管．探测器的主要性能──响应率和探测率与偏置电流和工作温度关系很大．通过材料结构的精心设计和器件工艺的改进使探测器的性能进一步提高：探测峰值波长为９．２μｍ，工作温度为７７Ｋ时，峰值电压响应率为９．７e５Ｖ／Ｗ，峰值探测率超过１e１１ｃｍ·／Ｈｚ／Ｗ，暗电流小于０．１μＡ．     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

320×256 GaAs/AlGaAs长波红外量子阱焦平面探测器

量子阱红外探测器(Quantum well infrared photodetector, QWIP)已经经历了20多年的深入研究,各种QWIP器件,包括量子阱红外探测器焦平面阵列(FPA)的研制也已经相当成熟。但是在国内,受制于整体工业水平, QWIP焦平面阵列器件的研制仍然处于起步阶段。研制了基于GaAs/ AlxGa1-xAs 材料、峰值响应波长为9.9 m的长波320256 n型QWIP焦平面阵列器件,其像元中心距25 m, 光敏元面积为22 m22 m。GaAs衬底减薄后的QWIP焦平面阵列,与Si基CMOS读出电路(ROIC)通过铟柱倒焊互连,并且在65 K工作温度下进行了室温环境目标成像。该焦平面器件的规模和成像质量相比之前国内报道的结果都有较大提高。焦平面平均峰值探测率达1.51010 cmHz1/2/W。     

基于MOCVD技术的长波AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器

采用n型掺杂背面入射AlGaAs/GaAs量子阱结构,用MOCVD外延生长和GaAs集成电路工艺,设计制作了大面积AlGaAs/GaAs QWIP单元测试器件和128×128、128×160、256×256 AlGaAs/GaAs QWIP焦平面探测器阵列。 用液氮温度下的暗电流和傅里叶红外响应光谱对单元测试器件进行了评估,针对不同材料结构,实现了9 μm和10.9 μm的截止波长; 黑体探测率最高达到2.6×109 cm·Hz1/ 2·W-1 。 将128×128 AlGaAs/GaAs QWIP阵列芯片与CMOS读出电路芯片倒装焊互连,成功演示了室温环境下目 标的红外热成像;并进一步讨论了提高QWIP组件成像质量的途径。     

Novel Type of Wide\|Bandwidth GaAs/AlGaAs Infrared Photodetectors

A novel asymmetrical GaAs/AlGaAs photoconductance infrared detector based on the new idea proposed in this paper has been developed,which uses the intersubband transition within the same conduction (valence) band due to infrared radiation.The detectors with two wells or six wells grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) system are fabricated by etching a mesa size of 200μm×200μm.Evident infrared absorption on the wavelength from 5 to 10μm has been observed for two samples,so has the peak of negative differential conductance.It is demonstrated that the photocurrent together with the signal\|to\|noise ratio increases with the number of the wells,but have nothing to do with the increase of the noise current under the same electric field,i.e.,the voltage drops per period,as is different from the conventional GaAs/AlGaAs Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIPs).The noise current is one order's magnitude lower than that of the conventional GaAs/AlGaAs QWIPs.It is anticipated that the photocurrent and detector performances can be improved further by increasing the number of wells and optimizing the structural parameters.     

Novel Type of Wide-Bandwidth GaAs/AIGaAs Infrared Photodetectors

A novel asymmetrical GaAs/AlGaAs photoconductance infrared detector based on the new idea proposed in this paper has been developed,which uses the intersubband transition within the same conduction (valence) band due to infrared radiation. The detectors with two wells or six wells grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) system are fabricated by etching a mesa size of 200tμm ×200μm. Evident infrared absorption on the wavelength from 5 to 10μm has been observed for two samples,so has the peak of negative differential conductance. It is demonstrated that the photocurrent together with the signal-to-noise ratio increases with the number of the wells, but have nothing to do with the increase of the noise current under the same electric field,i, e.,the voltage drops per period,as is different from the conventional GaAs/AlGaAs Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIPs). The noise current is one order's magnitude lower than that of the conventional GaAs/AlGaAs QWIPs. It is anticipated that the photocurrent and detector performances can be improved further by increasing the number of wells and optimizing the structural parameters.     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的量子阱参数设计

量子阱参数如势阱宽度、势垒高度和阱中的掺杂浓度决定了阱中的能级分布及光学吸收,它和量子阱红外探测器(QWIP)的响应波长、暗电流、响应率、探测率等特性参数密切相关.为了使设计的QWIP达到预期的各种性能指标,对其各参量进行了精心设计.运用量子阱的第一激发态与势垒的高度接近时产生共振效应,进行了量子阱的优化设计,得出垒高和阱宽的关系.另外,根据器件光谱响应的要求,利用传输矩阵法计算出相应的量子阱参数.此设计方法在GaAs/AlGaAs长波-长波双色QWIP中得到了较好的验证.     

GaAs/AlGaAs量子阱的输运特性

本文研究了低迁移率GaAs/AlGaAs量子阱的散射机制。由电导测量和Shubnikov de-Haas振荡曲线分别得到输运散射时间τ_0和弛豫时间τ_q(量子散射时间)。在GaAs/AlGaAs量子阱中,τ_0≈τ_q;而在调制掺杂的异质结中,τ_0》τ_q。用量子阱、异质结中起支配作用的散射机构不同很好地解释了实验结果。本文还研究了弱磁场下量子阱的负磁阻效应,这是磁场抑制了电子局域态的结果。     

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的γ辐照研究

本文报道了γ射线辐照对量子阱红外探测器性能的影响。γ射线的辐射剂量分别为１ｍｒａｄ、６ｍｒａｄ、１６ｍｒａｄ。测量了器件在不同γ辐照剂量下的光谱响应、暗电汉、黑体响应率。通过对实验结果的分析,暗电流和黑体响应率随γ辐照剂量增加而递减,表明探测器的性能随γ射线辐照剂量的增加而逐步衰减。