基于低温辐射计高精度光辐射定标结果(1999和2003年)的对比研究

对1999年和2003年采用不同测量光路情况下可见光波段低温辐射计高精度光辐射定标测量结果及其不确定度进行了比较。结果表明,2003年低温辐射计激光功率测量不确定度比1999年的要小;2003年硅陷阱探测器光谱响应率测量不确定度和1999年的在同一水平上;陷阱探测器绝对光谱响应率变化在1．20%以内。这些结果证实陷阱探测器稳定性优良,光路改造合理。     

可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器

为了实现In Ga As探测器响应波段向可见增强,在传统的外延材料中加入一层In Ga As腐蚀阻挡层,制备了32×32元平面型In Ga As面阵探测器,采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法,去除了In P衬底.结果表明,探测器的响应波段为0.5~1.7μm,室温下在波长为500 nm处的量子效率约为16%,850 nm处量子效率约为54%,1 550 nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响,为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.     

窄线宽和高量子效率的光探测器

共振腔增强光探测器已成为有关波分复用(WDM)近期研究的焦点,但它们也有某些限制。像普通光探测器一样,响应速度和量子效率之间不存在妥协,在光谱响应线宽和量子效率之间存在妥协。量子效率超过50%的探测器的光谱响应线宽宽于20 nm,使该种光探测器不能用于波分复用应用。现在北京邮电大学做成一个具有滤波、间隔器和吸收子腔的波长选择光探测器,它能同时提供窄线宽和高量子效率。在理想的条件下这些科学家相信光谱响应线宽能小于1 nm,量子效率可以高达90%。在实际条件下,该光探测器有一过得去的3 nm模失匹范围,而且与其间隔器腔的最佳厚度有近似100 nm可以接受的变化范围。其过滤腔损失在某种程度上能得到补偿。在实验中获得近似0.97 nm的光谱响应线宽和超过50%的外部量子效率。     

背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计

高量子效率、高UV/VIS抑制比、宽的光谱响应范围、快的响应速度是AlGaN紫外探测器设计追求的主要目标。为了获得适宜于紫外焦平面阵列的探测器结构,结合MOCVD外延材料生长的特点,采用模拟计算与实验相结合的方法,设计了背照式高量子效率AlGaN日盲探测器。详细介绍了背照式AlxGa1-xN-pin紫外探测器结构参数设计的依据和设计过程,并给出了设计结果,通过工艺实验,对设计结果进行了优化。应用设计结果进行了器件试制,经测试试制器件,其峰值响应波长为270 nm,光谱响应范围为250～282 nm,峰值量子效率达到了57%（0V）,实验表明取得了比较理想的设计结果。     

溯源于低温辐射计的1064nm波段探测器绝对光谱响应度定标

标准传递探测器在红外波段的绝对光谱响应度定标不确定度较大且难以降低,其主要影响因子是窗口透过率的测量不确定度,该项因子是由布儒斯特窗口的状态复现引入。给出了陷阱型标准传递探测器在1 064 nm波段溯源于低温绝对辐射计的定标实验过程和结果。介绍了低温辐射计新型Y型定标光路,该光路消除了低温辐射计窗口反射损耗引入的不确定性。实验测试了探测器在1 064 nm波段的线性、空间响应均匀性、稳定性和空间偏振非敏感性。结果表明:传递探测器绝对光谱响应度定标的不确定度优于0.023%,响应度重复性的实验结果表明了Y型低温辐射计定标光路改造的可行性。     

CdS肖特基紫外探测器的研制

基于微电子平面工艺,采用电子束蒸发Pt方法,制备了基于CdS材料的肖特基紫外探测器。对该器件的I-V特性、光谱响应率、量子效率等参数进行了测试,结果表明器件具有良好的整流特性,室温零偏压下光谱响应范围250~500 nm,在500 nm波长处达到最大光谱响应率0.285 A/W,量子效率为75.3%。并根据热电子发射理论对测试结果进行了计算得到理想因子为1.024,肖特基势垒高度为0.859 eV。     

高量子效率前照式GaN基p-i-n结构紫外探测器

研究了Al0.1Ga0.9N/GaN异质结p-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能.p区采用Al组分含量为0.1的AlGaN外延材料形成窗口层,使340～365nm波段的紫外光可以直接透过p区到达i区并被吸收,有效提高了这个波段的响应率与量子效率.并且研究了不同p区AlGaN外延层厚度对探测器性能的影响,制备了两种不同p区厚度(0.1μm和0.15μm)的器件,测试结果表明,p区的厚度对200～340nm波段光吸收的量子效率影响较大,而i区的晶体质量的提高可以有效提高340～365nm波段光吸收的量子效率.并且当p区AlGaN厚度为0.15μm时,器件的峰值响应率达到0.214A/W,在考虑表面反射时外量子效率高达85.6%,接近理论极限,并且在零偏压时暗电流密度为3.16nA/cm2,表明器件具有非常高的信噪比.     

高量子效率前照式GaN基p-i-n结构紫外探测器

研究了Al0.1Ga0.9N/GaN异质结p-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能.p区采用Al组分含量为0.1的AlGaN外延材料形成窗口层,使340～365nm波段的紫外光可以直接透过p区到达i区并被吸收,有效提高了这个波段的响应率与量子效率.并且研究了不同p区AlGaN外延层厚度对探测器性能的影响,制备了两种不同p区厚度(0.1μm和0.15μm)的器件,测试结果表明,p区的厚度对200～340nm波段光吸收的量子效率影响较大,而i区的晶体质量的提高可以有效提高340～365nm波段光吸收的量子效率.并且当p区AlGaN厚度为0.15μm时,器件的峰值响应率达到0.214A/W,在考虑表面反射时外量子效率高达85.6%,接近理论极限,并且在零偏压时暗电流密度为3.16nA/cm2,表明器件具有非常高的信噪比.     

新型双吸收层光探测器量子效率的理论分析

随着光纤通信技术的发展,高量子效率、高速响应光电探测器在长距离高速光纤通信系统中的作用尤显突出。利用传输矩阵法(TMM)对新型双吸收层光电探测器(RCE-PINIP)的量子效率进行了理论计算,然后对其进行了相应的理论仿真。结果显示,在50～800nm厚度范围内,随着双吸收层厚度逐渐变大,RCE-PINIP模型的量子效率会出现多个峰值,量子效率的峰值先增大到最大值,在两个单吸收层厚度同为325nm时,量子效率达到98.6%,然后峰值逐渐递减。在两个单吸收层厚度分别固定为325nm时,量子效率随另一个单吸收层厚度的变化关系几乎相同。针对这个RCE-PINIP模型结构,通过对两个单吸收层厚度分别进行优化,得到了一个能实现高量子效率的优化结构模型。     

基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基光电探测器研究

石墨烯具有电子迁移率高、透过率高(T≈97.7%)且费米能级可调的特性。砷化镓的电子迁移率比硅的大5到6倍。引入砷化铟量子点后,光电探测器具有低暗电流、高工作温度、高响应率和探测率的特点,因而可被用于制备响应快、量子效率高和光谱宽的光电探测器。对基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基结的I-V特性和光电响应进行了研究。结果表明,在0 V偏压下,该器件在400 nm～950 nm均有响应,峰值响应率可达0.18 A/W;在反向偏压下,器件的峰值响应率可达到0.45 A/W。通过对暗电流随温度变化的特性进行分析,得到了InAs/GaAs量子点-石墨烯肖特基结在室温附近以及80 K附近的势垒高度。     

碲镉汞红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关方法,然后分析红外碲镉汞探测器测试过程。对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用测试方法和测试数据计算出探测器产生的电子数。再将实际电子数与理论分析的光子数相比,计算出探测器对不同红外波段量子效率,最高可达66 %,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价碲镉汞探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关理论,然后分析利用红外中波In As/Ga SbⅡ类超晶格材料进行光伏探测器研制,在对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用理论分析和测试数据计算出研制器件的实际电流响应率,再将实际电流响应率与理论分析的电流响应率相比,同时消除芯片表面Si O2钝化层光学透过率的影响,计算出器件对红外波段2~6μm辐射响应的量子效率最高可达35%,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价In As/Ga SbⅡ类超晶格红外探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。     

面阵CCD光谱响应测试及不确定度评估

基于单色仪法对面阵CCD进行光谱响应测试,并对测试结果的不确定度进行全面评估。介绍单色仪法测试CCD光谱响应的原理;选用硅陷阱探测器作为标准探测器,搭建测试装置,得出400~1000 nm波段内面阵CCD光谱特性参量,其中峰值波长为602 nm,中心波长为580 nm,光谱带宽为402 nm;以632 nm处光谱响应测试为例,建立不确定度评估模型,分析了包括面阵CCD辐照度响应非均匀性、溴钨灯稳定性、单色仪出射波长重复性和准确度以及图像采集处理系统的稳定性对测试的影响。应用模型计算得出测试结果的合成标准不确定度为4.3%(k=1),满足面阵CCD光谱响应测试精度要求。     

金刚石膜MSM紫外探测器光谱响应拟合分析

应用 MSM结构光电探测器相对光谱响应的理论公式 ,得到金刚石膜 MSM紫外光电探测器相对光谱响应理论曲线 ,与实验曲线进行比较 ,发现两者吻合得很好。探测器光谱响应的截止波长都在 2 2 0～ 2 3 0 nm范围 ,紫外光与可见光的相对响应度相差一个数量级。根据 MSM结构光电探测器光谱响应曲线拟合出金刚石薄膜厚度、少子扩散长度等表征参数 ,探讨金刚石膜吸收层反射率、吸收系数、金刚石的晶粒大小及金属电极叉指指宽、指距等参数对金刚石膜 MSM光电探测器光谱响应和量子效率的影响。     

黑硅微结构光敏二极管

与平面硅相比,黑硅对0.25～2.5μm波长光具有高吸收特性.为了提高硅光敏二极管的近红外灵敏度和响应时间,采用金属辅助刻蚀在光敏二极管探测器背面制作了黑硅微结构.在1 064 nm波长,探测器红外响应达到0.518 A/W,比常规探测器量子效率提高了65％.     

用于海洋水色扫描仪的硅光电探测器组件

采用微型滤光片与硅探测器直接耦合的方式,研制了5×4元和3×4元两种多波段硅探测器组件.组件可探测412～865 nm八个波段,带宽分别为20和40 nm.由于采用了短波增强,提高近红外波段响应率和响应速度,降低暗电流,减小串音及提高可靠性等一系列措施,使研制的组件达到了很高的性能:412 nm的响应率为0.14 A/W,暗电流为5×10-10 A,结电容小于20 pF,串音小于7%.,满足了海洋水色扫描仪的使用要求.     

基于湿法腐蚀工艺的高性能黑硅光电探测器

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺,实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成,获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器,并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试.测试结果显示,黑硅光电探测器在1 060 nm波长下的响应度达到0.69 A/W(量子效率80.7％),较未集成黑硅的器件提高了 116％;黑硅探测器暗电流小于8 nA,响应时间小于8 ns,电容小于9 pF,与未集成黑硅的器件相当.得益于工艺兼容性,所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN,APD,SPAD,SPM等光电探测器的潜力,可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能.     

响应波段外激光辐照PC HgCdTe 探测器系统实验研究

文中对多元多光谱红外探测器系统响应波段外激光的辐照效应进行了深入的实验研 究并对实验结果进行了分析。以1. 06μm 激光辐照三元光导型碲镉汞探测器系统的实验为例,说明了系统响应波段外激光辐照效应的实验规律。实验结果发现:探测器对系统响应波段以外的激光仍有响应信号,但响应规律与对波段内激光的响应不同,出现新的现象。研究表明: Ge 窗口被激光加热是导致探测器输出信号的根本原因,信号输出曲线由探测器的电阻～温度特性决定。     

新型的波长选择波导光电探测器的研究

提出了一种新型的具有波长选择性的波导型(WG)光电探测器(PDs)与即谐振波腔选频斜镜耦合包芯波导(RICEWG)。对其工作原理进行了详细的理论分析和数值模拟,提出了优化设计方案,讨论了实现方法。结果表明,这种结构具有使量子效率与响应带宽和光谱响应线宽同时解耦的优点;可以获得<1nm的光谱响应线宽同时保持>80%的量子效率,并且可以分别优化光谱响应线宽和量子效率。     

背照式InGaN紫外探测器的制备与数值模拟

研究了背照式InGaN p-i-n结构的紫外探测器的制备与数值模拟.通过低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长p-GaN/i-InGaN/n-GaN外延片,采用标准的Ⅲ-Ⅴ族器件制备工艺,成功制备出p-i-n结构的InGaN紫外探测器.探测器台面半径为30 μm,在-5V偏压下暗电流为-6.47×10 1 2 A,对应的电流密度为2.29×10-7 A/cm2.该探测器响应波段为360～380 nm,在371 nm处达到峰值响应率为0.21 A/W,对应的外量子效率为70％,内量子效率为78.4％.零偏压下,优值因子R0A=5.66×107 Ω·cm2,对应的探测率D* =2.34×1013 cm·Hz1/2·W-1.同时,利用Silvaco TCAD软件进行数值模拟,响应率曲线仿真值与实验值拟合较好.