锗近红外光电探测器制备工艺研究进展

Ge材料由于在近红外波段具有较大的吸收系数、高的载流子迁移率、以及与Si工艺相兼容等优势而被视为制备近红外光电探测器最理想的材料之一。针对Ge光电探测器制备过程中面临的挑战,文中综述了近年来笔者所在的课题组在Ge探测器材料、器件及工艺方面的研究进展。首先介绍了Si基Ge材料的制备工艺,利用低温缓冲层生长技术、Ge/Si键合技术、Ge浓缩技术等分别制备得到高晶体质量的Si基Ge材料。研究了Ge材料n型掺杂工艺,利用离子注入结合两步退火处理（低温预退火和激光退火）以及利用固态磷旋涂工艺等分别实现Ge材料n型高掺浅结制备。最后探究了金属/Ge接触势垒高度的调制方法,结合金属中间层和透明导电电极ITO制备得到性能良好的Ge肖特基光电探测器。     

近红外波段Ge光电探测器的研究进展

随着光通信技术的发展,如何制备能与Si基电路单片集成的响应波长在1.3和1.55 μm的高性能光电探测器成为研究热点.总结了SiGe组分变化的缓冲层技术、低温缓冲层技术以及选区外延这三种主流的Ge材料外延技术,介绍了pin结构、金属-半导体-金属(MSM)结构、雪崩光电二极管(APD)结构以及pin结构和MSM结构与光波导集成这四种不同结构的Ge光电探测器,并从这些不同结构的器件制备技术方面阐述了近红外波段Ge光电探测器的研究进展及其应用.     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

国外钬和铒激活的晶体激光器发展概况(下)

钬和铒激活的晶体激光器的探测钬和铒激光器的出现,促进了激光探测器的研究与发展,目前已知除了通常采用的光电倍增管和硅光电二极管外,在近红外和中红外光谱区,主要采用如表4中所列出的红外探测器。这些探测器具有灵敏度高、响应时间快、光谱频带宽等特点,基本上满足了钬和铒激光的探测要求。其中HgCdTe 和 Ge:Au两种探测器使用得最多。     

应变Si1-xGex材料掺杂浓度的表征技术

在分析研究Si1-xGex材料多子迁移率模型的基础上,建立了Si1-xGex材料电阻率与其Ge组分、掺杂浓度及温度关系的曲线谱图.同时,通过对半导体材料掺杂浓度各种表征技术的分析和实验研究,提出了采用四探针法表征Si1-xGex材料掺杂浓度的技术.此表征技术与Si材料掺杂浓度的在线检测技术兼容,且更加简捷.此表征技术的可行性通过实验及对Si1-xGex材料样品掺杂浓度的理化分析得到了验证.     

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。     

应变Si_(1-x)Ge_x材料掺杂浓度的表征技术

在分析研究Si1 -xGex 材料多子迁移率模型的基础上,建立了Si1 -xGex 材料电阻率与其Ge组分、掺杂浓度及温度关系的曲线谱图.同时,通过对半导体材料掺杂浓度各种表征技术的分析和实验研究,提出了采用四探针法表征Si1 -xGex 材料掺杂浓度的技术.此表征技术与Si材料掺杂浓度的在线检测技术兼容,且更加简捷.此表征技术的可行性通过实验及对Si1 -xGex 材料样品掺杂浓度的理化分析得到了验证     

红外探测器中的异质界面和缺陷的研究

近年来,在遥感、遥测、制导、预警、夜视、深空监视、以及医学诊断等领域中,SiGe/p-Si异质结红外探测器及红外焦平面阵列技术已显示出重要的应用前景[1]。为了提高了探测器的量子效率,采用了叠层结构的发射极[2]。因此,器件的性能与其微结构、界面状况和其中的晶格缺陷有密切的关系。本文采用定位横断面试样制备技术对三层和六层叠层结构的红外探测器进行了观察,研究了界面的结构和确定了缺陷的特征。衬度像和电子衍射表明,p-Si衬底的表面平整,取向为[100]。衬底中未见晶体缺陷。Si0.65Ge0.35叠层被未掺杂(UD)Si层分隔开。Si0.65Ge0.35…     

碲镉汞高工作温度红外探测器

基于当前红外探测器技术的发展方向,从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。总结了欧美等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。从器件暗电流和噪声机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影响;总结了包括基于工艺优化的Hg空位p型n-on-p结构碲镉汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和Au掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲镉汞高工作温度器件、基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高工作温度器件及基于吸收层热激发载流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的基本原理,对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测器制备的技术难点。在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞高工作温度器件技术未来的发展方向,认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展潜力。     

探测功率10^—10W的光电器件的计算与设计

本文计算和比较了 Ge、Si、GaAs 器件的热噪声、信号电压、信/噪比、得到了制造功率为10~(-10)W 光电探测器的有效途径和实验方案。认为采用 P~+型衬底、外延高阻 P 型 Si、或用电阻率2Ω-cm 的 P 型 Si,制作光电倍增(雪崩)二极管,可以探测最小功率为10~(-)W,此时信/噪比达到1:4,电流灵敏度可提高10倍。     

先进红外探测器及其在系统研发中的应用研究

为了全面落实光电系统研发规划,提升创新能力,全面开展对先进光电系统研发自主创新的顶层设计研究,实现基于先进红外探测器的系统顶层设计理念.采用典型光电系统案例分析的方法,分别对基于多波段(多色)红外探测器技术,制冷型红外焦平面技术、非制冷型红外焦平面技术、以及量子阱红外探测器等典型系统进行了深入分析,主要涉及:整机系统性能指标、关键技术、核心光学系统构型、红外探测器在影响系统总体性能的作用和地位等方面.结果表明:先进红外探测技术已经成为光电系统研发的核心技术和主导产业之一.与此同时,必须认识到:红外探测器的测试与评估技术的发展将是开展先进光电设备研发,实现系统总体目标的保障.     

液相外延碲镉汞红外探测器发展概况

一、引言七十年代初,硅电荷耦合器件(Si—CCD)研制成功,引起了人们的极大兴趣,Si—CCD已成功地被用于可见光成象。为了满足高级红外系统的需要,红外探测器的研制者自然会想到把CCD的概念用于红外探测器的研究上。为此,进行了广泛的研究。目前已有两种类型的红外电荷耦合器件取得了进展。这两种红外CCD是单片式和混合式。混合式红外CCD已接近解决系统应用中所提出的问题,单片式除研究掺杂型红外CCD外,人们正对工作温度比较高的     

红外-太赫兹光电探测器应用及前沿变革趋势

自红外辐射被发现以来,科学家一直在努力将红外技术应用于地球观测、航天遥感和宇宙探索等领域。目前,第二、三代红外探测器已进入大规模应用,高端三代也在逐步突破,并随着材料制备技术、纳米加工技术、集成技术和相关交叉学科的发展,开始出现了具有前瞻性的新材料、新技术和新概念。红外-太赫兹探测器也开始由单一探测、被动探测和探测分立的传统探测器形式,逐渐走向多维探测、自主探测和智能化芯片集成的变革发展方向。在介绍光电探测器物理机制的基础上,概述了红外-太赫兹探测技术在天文遥感领域的应用与发展,重点综述了红外-太赫兹探测器有望出现变革式发展的三大方向,包括基于人工微结构的光场集成、基于三维堆叠技术的片上智能化和新型低维材料的应用,并展望了未来探测器向着超高性能、多维感知、智能化和感存算一体化的发展趋势。     

石墨烯摩尔超晶格的近场纳米成像（特邀）

具有优异光电响应特性的二维材料,在新型红外探测技术中展现了极高的应用价值与潜力。对于由二维材料制备的红外探测器,通过引入局域场调控的方式能够显著提升其红外探测性能。一种基于光热电效应的局域温度场调控技术被研究人员报道,该技术结合了双层旋角石墨烯形成的摩尔超晶格结构。摩尔超晶格的形成使体系的塞贝克系数产生变化,从而使光照激发的热载流子浓度在空间上形成梯度变化,通过高分辨度的光电流显微镜探针可以探测双层石墨烯内单个摩尔晶胞的光电响应,从而获得体系的高分辨率光电流空间分布。该技术展示了旋角电子学在光电探测领域的前景,为未来的单光子探测器提供了设计思路。     

GeSi/Si异质结红外摄像器

论述了单片 5 12× 5 12像素的 Ge Si/Si异质结红外摄像器。它的工作原理和 Pt Si/Si肖特基势垒红外摄像器一样。制造 Ge Si/Si异质结采用分子束外延法 ,在 Si片上生长 Ge Si膜。该膜有理想的应力。文章评价了 Ge成份、掺杂浓度、Ge Si膜厚和光谱响应的关系。研究表明器件的最佳工作波长为 8～ 12μm。     

量子点红外探测器及焦平面阵列的研究进展

量子点红外探测器(QDIP)理论上具有对垂直入射光敏感、暗电流小、载流子寿命长、工作温度和响应率高等优势.目前,研究主要集中在普通量子点红外探测器、阱中点红外探测器(DWELL-QDIP)、隧穿量子点红外探测器(T-QDIP)、Si/Ge量子点红外探测器、二维小孔阵列红外探测器(2DHA-QDIP),国外报道了640×512量子点红外焦平面阵列的热成像,但现有的QDIP还未充分显现出其潜在优势.阐述了正在研究的几种QDIP和未来技术发展的趋势.     

一种硅基雪崩光电探测器的研究

硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。     

中红外波段雪崩光子探测器研究进展

近年来,中红外雪崩光电二极管(APD)阵列,以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点,成为光纤通信、三维激光雷达成像、天文物理以及大气观测等应用的重要器件.本文具体介绍了中红外雪崩光电探测器的结构和探测原理,对其结构参数相关的性能以及优缺点进行了详细介绍,并展望其发展前景,同时介绍了一些中波红外雪崩光子探测器研究和应用进展.     

红外系统的微型制冷

红外光电探测器及阵列常常需要通过制冷来取得最佳性能。1～3μmPbS 探测器尽管一般在室温下工作,但最佳工作度温通常为195K。一般说来,1～3,3～5和8～14μm波段的本征红外光电探测器,其工作温度在300～60K范围内。非本征光电探测器的工作温度更低,Si(In)、Si(Ga)和 Si(As)的工作温度通常分别为45、25和15K。在热探测器领域,Ge测辐射热计在0.3K下取得了极佳灵敏度;     

采用高真空 /快速热处理 /化学气相淀积外延SiGe HBT结构

采用新近研制的高真空 /快速热处理 /化学气相淀积 (HV/ RTP/ CVD)系统生长了应变 Si Ge材料 .通过仔细设计的处理过程可以得到器件质量的材料 .Ge组分可以变化至 0 .2 5 ,可以得到控制良好的 n型和 p型掺杂层 ,适用于异质结双极型晶体管 (HBT)的制作 .研究了 Si Ge HBT的 n- Si/ i- p+ - i Si Ge/ n- Si结构 .所制作出的微波 HBT性能良好 ,证明了设备和工艺的水平