双色量子阱红外探测器中的耦合光栅

在量子阱红外探测器（QWIP）上制备光栅的目的是对垂直入射的红外辐射进行有效耦合。从实验、测试和有关文献出发,探讨了影响其耦合效率的参数及参数的优化值。重点分析了双色QWIP的光栅设计问题,并从提高双色量子阱红外探测器光栅耦合效率和响应均匀性出发,介绍了一种新型交叉组合二维双周期结构光栅的设计方法;以一种具体AlGaAs／GaAs双色量子阱红外探测器为例,模拟了对应的交叉组合二维双周期结构光栅的几何参数和耦合强度,并与传统的二维双周期光栅结果对比,显示了新型双周期结构光栅在提高光耦合强度方面的优越性。     

双色量子阱红外探测器中的耦合光栅

在量子阱红外探测器(QWIP)上制备光栅的目的是对垂直入射的红外辐射进行有效耦合。从实验、测试和有关文献出发,探讨了影响其耦合效率的参数及参数的优化值。重点分析了双色QWIP的光栅设计问题,并从提高双色量子阱红外探测器光栅耦合效率和响应均匀性出发,介绍了一种新型交叉组合二维双周期结构光栅的设计方法;以一种具体AlGaAs/GaAs双色量子阱红外探测器为例,模拟了对应的交叉组合二维双周期结构光栅的几何参数和耦合强度,并与传统的二维双周期光栅结果对比,显示了新型双周期结构光栅在提高光耦合强度方面的优越性。     

量子阱红外探测器光栅耦合参数的优化

基于傅里叶光学的知识,分别对量子阱红外探测器的一维和二维光栅耦合模式进行了研究,得到器件的相对吸收率随波长和光栅周期之比的变化曲线,把此曲线作为优化光栅常数的依据.对于给定峰值波长的探测器,在波长与一维光栅周期之比为1时,吸收率最大;波长与二维光栅周期之比为0.7时,吸收效率最高,结果与已发表的数据相符.此外,还对刻蚀误差的影响进行了讨论,当实际刻蚀的光栅常数与优化的有偏差时,耦合效率降低.     

带耦合光栅的量子阱红外探测器研制

报导了带二维衍射光栅的 12 8元线列GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面探测器的研究成果。探测器光吸收峰值波长λP=8.9μm ,采用垂直入射光耦合的工作模式 ,在 80K工作温度下其平均黑体电压响应率为 2 .75× 10 4 V/W ,平均黑体探测率为 2 .5 2× 10 9cmHz1/ 2 /W ;电压响应率和探测率的非均匀性分别 5 .2 %和 8.3%。 12 8元线列探测器与 6 4元CMOS读出电路对接后与光学系统、扫描系统、数据采集系统和图像显示系统等组成红外成像演示系统 ,实验室获得了清晰的人体手部热像和余热图像     

量子阱红外探测器

评述了半导体量子阱内子带间光跃迁的主要特性以及量子阱红外探测器的物理问题和器件结构特点,介绍了国外在此领域研究的最新进展,讨论了有关子带间跃迁和量子阱红外探测器研究的若干发展趋势.     

量子阱红外探测器光谱特性研究

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长 制备30~50 μm×300 μm台面, 外电极压焊点面积80 μm×80 μm,内电极压 焊点面积20 μm×20 μm的GaAs/AlGaAs量子阱样 品数件,峰值响应波长为8.5 μm,从理论和实验两方面分析探讨了测试样品光谱特性。用傅 里叶光谱仪 分别对其进行50 K液氦温度下光谱响应测试,实验结果显示1#,2#样品峰值响应波长分别为8.38 μm,8.42 μm,与理论峰值响应波长8.5 μm分别相差0.12 μm,0.08 μm,误差约为1.4%。两样品峰值响应波长实验值与理论值误差均小于2.0%,实验结果表明金 属有机物化学气相沉积法技术可满足量子阱红外材料生长工艺要求,探测器电极压焊点面积 大小与位置对器件光谱特性影响甚微,该误差主要由测试系统引起的,利用高分辨透射扫描 电镜(HRTEM)对样品的微观结构进行剖析研究,说明虽然样品存在不同程度位错现象,但 由GaAs与AlGaAs晶格间不匹配带来的应力应变对器件宏观光谱响应特性影响不明显。     

量子阱红外探测器的研究与应用

讨论了量子阱红外探测器的量子阱结构以及光耦合模式的研究状况，简要介绍了该探测器在国防、工业、消防和医疗方面的应用。     

GaAs／GaAlAs中红外量子阱探测器和双色量子阱红外探测器

本文报道我们在国内率先研制的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外（３～５μｍ）量子阱探测器和双色量子阱红外探测器的制备和性能．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外量子阱探测器是光伏型，探测峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ下的５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，峰值探测率达到５×１０１１ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，阻抗为５０ＭΩ．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双色量子阱红外探测器是偏压控制型的两端器件，在零偏压下该探测器仅在３～５μｍ波段有响应，响应峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ温度下５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

多量子阱红外探测器耦合光栅的新型制备工艺

基于微米球刻蚀技术设计了一种制备多量子阱红外探测器(QWIP)表面二维光栅的新型工艺,通过改变微米球的直径可以为不同探测波长的QWIP制备表面二维光栅,有效降低了制备成本和技术难度。采用GaAs衬底作为实验片制作光栅、聚苯乙烯(PS)材质小球作为表面掩膜,对小球的单层排布、PS小球刻蚀和光栅的刻蚀等工艺进行了深入的实验研究,并得出了最优的工艺参数。制备出了具有良好均匀性和一致性的二维光栅结构。通过傅里叶光谱仪测得表面光栅的耦合波长为6～9μm。最后研究了不同工艺条件对耦合结果的影响,证实当光栅直径为PS球直径的0.74倍时获得的耦合效果最优。     

阱宽对GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱红外探测器光谱响应的影响

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长 了两种不同结构参数的GaAs/Al0.3Ga0.7As红外量子阱材料, 利用傅里叶光谱仪,分别对阱宽为4.5与5.0nm的样品进行77K液氮 温 度下光谱响应测试及室温光致发光(PL)光谱 测试,样品的峰值响应波长分别为8.39、7.69μm,与根据薛定谔方 程计算得到 的峰值波长8.92、8.05μm的误差分别为6.36%、4.70%。对吸收峰向高能方向发生漂移的现象进行了分析讨论,认为势阱变窄时阱中的 应 力作用较强是导致峰值波长红移的原因,而与GaAs阱中进行适度Si掺杂无关。PL实验结果与 理论计算相符合,表明增加阱宽是量子阱带间跃迁能量升高的原因。据此可实现对量子阱能 级的微调,从而满足对不同波长探测的需要。     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

多量子阱红外级联光伏探测器

1概述 红外辐射是介于可见光与微波之间(0.75μm～1000μm)的电磁波,是一种不可见的辐射.由于可通过大气窗口1μm～3μm、3μm～5μm、8μm～14μm三个波段内的红外辐射在大气中传播时吸收和散射较少,可以到达较远的距离,相对于可见光,能提供特殊的重要信息,如位置、温度、几何尺寸、表面、距离和组份等,受到人们的广泛关注[1].     

量子阱红外探测器双面金属光栅设计优化

提出了一种增强量子阱红外探测器耦合效率的双面金属光栅结构。采用三维时域有限差分算法（3D-FDTD）对GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器双面结构金属光栅进行了仿真分析。通过对比不同周期、占空比、金属层厚度结构参数下探测器的电场分布及相对耦合效率,确定了4.8 m 探测器优化的双面金属光栅结构。与顶部和底部单层金属光栅结构比较,双面金属光栅结构探测器相对耦合效率提高到3 倍以上。探测器相对耦合效率随光栅周期变化的双峰曲线特性体现了双面金属光栅结构在双色量子阱红外探测器光耦合方面的潜力。同时该结构还可以应用于单色、双色及多色量子阱焦平面红外探测器。     

量子阱红外探测器最新进展

量子阱红外探测器(QWIP)自从20世纪80年代被验证后,得到了广泛积极的研究。基于Ⅲ-Ⅴ材料体系、器件工艺的成熟和自身的稳定性、响应带宽窄等特有的优势,QWIP成为对低成本、大面阵、双(多)色高精度探测有综合要求的第三代红外焦平面阵列(FPA)的重要发展方向。本文主要总结了国际QWIP器件的最新发展动态,并展望了其发展趋势。     

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.     

量子阱红外探测器响应峰值波长的Raman散射测量

通过测量多量子阱材料的Raman散射谱,可以预测出：由该种材料制出的量子阱红外探测器的响应峰值波长．它既不需要实际制出量子阱红外探测器,也不需要对多量子阱结构材料进行抛光处理,方法简便,结果可靠．