谐振腔增强型GaInAsSb红外光电探测器研究

谐振腔增强型GaInAsSb红外光电探测器研究

一、共振腔增强GaInAsSb红外光电探测器研究(论文文献综述)

朱鹏,肖磊,孙泰,史浩飞[1](2022)在《微纳结构增强型红外探测器研究进展(特邀)》文中研究指明红外探测器在军事侦查、遥感、通信、精确制导和航空航天等领域发挥着关键作用,受到世界各国长期关注,具有重要的研究价值和应用前景。微纳结构与传统半导体探测器集成后能够有效提高光子耦合效率和等效光程,突破传统体材料的吸收极限,提高光电器件的量子效率并降低器件的暗电流,为高性能红外探测器的研究提供了全新的技术手段。文中围绕近年来各种不同类型的微纳结构增强型红外探测器的研究展开综述。首先,介绍了微纳结构增强型红外探测器的基本原理,根据微纳结构的材料和功能不同,进行了分类和对比;其次,分别从介质型、表面金属型和三维等离子腔型等方面对微纳结构在红外探测器上的研究进展进行了阐述;最后,对基于微纳结构增强型红外探器的发展趋势进行了总结和展望。

张伯轩[2](2021)在《PbSe纳米线的可控生长及中红外探测器的研制》文中认为Ⅳ-Ⅵ族半导体材料是直接带隙材料,具有材料均匀稳定、俄歇系数低、电子和空穴的有效质量小、电子迁移率高、载流子寿命长,以及在硅衬底上能大面积生长等优点,但也存在体内的缺陷浓度比较高,暗电流较大,光电性能不高等缺点。本项目采用PbSe材料构建中红外探测器,研究了纳米线和纳米晶的光电特性,以及材料的生长方法。用真空镀膜机、管式炉等相对简易的设备制备了能在常温下工作的探测器,并对PbSe探测器进行了一系列参数测试,类似的做法未见于文献记载。论文的主要工作内容如下:1)基于密度泛函理论计算了 PbSe材料的能带结构和态密度,通过计算结果分析了 PbSe的物理性质、电子特性、光学特性等等,计算的PbSe材料的禁带宽度为0.367eV、电子有效质量为0.0256m0和空穴有效质量为0.0213m0。2)研究了基于化学气相沉积法(CVD)法对PbSe纳米线和纳米晶可控生长方法。采用硅片基底表面镀铅,用铅来催化生长PbSe纳米线,在500-600℃硅片基底上生长得到PbSe纳米线,改变镀铅层的厚度可改变纳米线样品的大小。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对材料的结构进行了表征。另外,本文也通过改变冷凝温度,在300-500℃的硅片基底上成功制备PbSe晶粒。3)利用叉指电极制备了中红外探测器,并测试相关参数。我们制备了大量样品,并选取了性能最理想的样品进行了 PL检测,并测试了样品的红外特性,计算得到了电压响应度曲线,峰值响应度为1254V/W,在波数3000cm-1处出现。计算得到其噪声等效功率为3.62×10-8W-1。最终得到其常温下归一化探测率为4.88×108cm·Hz1/2·W-1。相对而言,目前的制备方式对设备要求很低,成本低廉,且能够在常温下稳定工作。在成本优势的基础上,其红外响应方面仍有很大的改进空间。

陈思宇[3](2021)在《超构材料中电/磁局域共振激发及其应用研究》文中认为

李泠霏[4](2021)在《基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究》文中研究说明随着摩尔定律接近极限,传统的半导体技术已进入发展瓶颈期。如何利用新原理、新材料和新结构来解决和优化传统半导体器件在尺寸微缩过程中遇到的性能、功耗和成本等问题是后摩尔时代半导体技术的发展重点。沿着Beyond CMOS的战略路线,本文分别从新材料体系、新物理机制、以及新器件结构这三个方面展开思考和研究,旨在解决热载流子器件的机理分析、性能提升、功能拓展等科学问题。材料方面,本文以新兴的二维材料作为主要研究体系;物理机制方面,本文以热载流子作为主要研究对象;器件结构方面,本文基于范德华异质结构搭建了不同的、实现特定功能的固态器件。本文主要研究了四种热载流子器件,具体包括:(1)本文首先研究了基于等离激元纳米结构/石墨烯/氮化硼/石墨烯的近红外光电探测器件。本文以物理机制作为主要研究重点,探索了利用表面等离激元实现石墨烯中的超热载流子的激发,打破了内光电效应的波长阈值限制,实现低于带阶势垒的光响应。此外,本文还研究了超热载流子的微观物理过程及其引起的负微分光响应现象。(2)然后研究了基于手性表面等离激元/单层硫化钼异质结构的常温谷霍尔晶体管。本文从新信息载体角度出发,提出和实现了一种常温工作的,实现谷信息的产生、输运、收集、调控等全套功能的能谷晶体管。通过表面等离激元的手性实现了谷极化的产生,通过热载流子实现了谷极化的注入,利用不同能谷Berry曲率产生的赝磁场和霍尔架构实现了谷信号的读出,通过栅压实现了谷信号的调控。(3)接着研究了基于石墨烯/等离激元超构表面/硅异质结构体系的红外片上偏振探测器。论文从多功能集成的思路出发,构建了一个无分光部件的四像素光电探测器件,该器件能够实现光的强度和偏振信息的片上获取。偏振测定功能通过设计不同取向和手性的超构表面实现。硅基肖特基结构实现了光生载流子的及时抽取和分离。该器件展现出了较好的偏振测定功能。(4)最后论文研究了基于石墨烯/硒化钨/石墨烯/氮化硼/石墨烯这一五层垂直堆叠的范德华异质结构的热电子晶体管。论文设计并实验展示了第一个基于全二维材料的热电子晶体管,并且获得了接近理论极限的共基极收集效率。此外,该论文还讨论了利用热电子晶体管来研究热电子能谱的可行性及优势。该论文的研究表明,二维材料不但赋予了微纳器件在异质集成上的自由度和高质量界面,还使得器件展现出很多体材料器件不具备的性能优势和功能特性。论文中的研究结果展现了二维材料及其范德华异质结构在后硅时代半导体技术中的应用前景。

张津[5](2021)在《极紫外光学频率梳的研制》文中研究指明极紫外光学频率梳(以下简称“极紫外光梳”)不仅是精密测量物理领域不可或缺的工具,它的诞生也为强场超快科学领域的相关研究带来了新的契机。在精密测量物理领域,利用极紫外光梳可以开展类氢或类氦离子的1S→2S跃迁的精密光谱测量(如He+的1S-2S跃迁位于60.8nm,Li+的1S-2S跃迁位于41nm),有助于在更高精度上检验束缚态量子电动力学理论;而基于钍-229原子核能级跃迁的精密光谱测量(位于150nm附近),将为新一代时钟——“原子核钟”的实现奠定基础。在强场超快科学领域,利用极紫外光梳平台开展极高重复频率下的强场物理实验,能够大大提高实验信噪比与采样率,为研究以往受信噪比限制而难以观察到的强场物理效应提供便利。例如,利用极紫外光梳平台开展的角度分辨的光电子能谱测量(ARPES),不仅有助于将时间分辨率提高到阿秒量级,还可以缓解空间电荷效应的影响,有效提高实验信噪比;此外,基于极紫外光梳平台的阿秒脉冲产生,可以为下一步实现兆赫兹以及更高重复频率的阿秒瞬态吸收实验奠定良好的基础。鉴于此,我们自主设计并建立起国内首台极紫外光学频率梳,旨在开展极紫外波段的精密光谱测量以及高重复频率下的强场超快科学研究,主要工作成果包括:1.千瓦级飞秒共振腔的研制。由于缺乏合适的激光增益介质,极紫外光梳需要通过高次谐波辐射过程实现光梳波长从红外到极紫外的转化。高次谐波辐射过程所需求的峰值光强很高(>1013 W/cm2),而目前商用红外光梳的单脉冲能量普遍较低(<1μJ),因此我们搭建了一台飞秒共振腔来实现红外驱动光梳的放大。实验上,我们优化了飞秒共振腔的模式匹配,并且通过Pound-Drever-Hall(PDH)技术实现了腔长的精确锁定,锁定时间超过一小时。当入射光功率为27W时,我们实现腔内平均功率达到6.08kW,对应增强倍数为225倍。我们估算了腔内焦点处的峰值功率密度约为4.8 × 1013W/cm2,该结果已经达到高次谐波辐射过程所需的光强。2.极紫外光学频率梳的实现。通过结合飞秒共振腔技术与高次谐波辐射过程,我们实现了光梳波长从红外到极紫外的转化。当氙气作为高次谐波辐射过程的工作介质被注入到腔内焦点处时,我们观察到了最高19阶谐波(波长约55nm)的产生,并测得产生的11阶谐波(约94nm处)功率为115.9μW,对应的谐波产生效率约为2.5 × 10-8。通过三次谐波的光学外差拍频实验,我们证实了产生的高次谐波具有良好的时间相干性。以上实验结果表明,我们搭建的这台极紫外光梳已具备开展原子分子精密光谱测量的潜力。3.高重复频率条件下氮气分子辐射机理研究。利用极紫外光梳平台,我们进行了 100MHz重复频率下氮气分子337nm辐射机理的研究。通过研究337nm辐射的强度随氮气流量和驱动光偏振的变化关系,我们讨论了氮分子激发三重态(C3Πu态)的激发机制。我们的结果排除了解离再结合机制是C3Π-u态布居的主要途径,并且认为在我们的实验条件下,非弹性碰撞激发过程是C3Πu态布居最有可能的路径。另外,我们还讨论了飞秒共振腔中产生的稳态的等离子体对C3Πu态布居的影响。综上所述,我们在实验室搭建的这台极紫外光梳,不仅已经具备开展精密光谱测量实验的潜力,并且能够在前所未有的高重复频率下研究强场超快科学问题,在许多基础物理前沿研究领域中都具有广阔的应用前景。

尹伊哲[6](2021)在《金属介质微腔量子阱红外探测器(QWIPs)的研究》文中进行了进一步梳理量子阱红外探测器由于其材料的高均匀性、微纳加工工艺成熟、响应带宽较窄、重复性强等特点,成为目前红外探测领域的热门研究方向。以量子阱材料为核心的量子阱红外探测器(QWIP)在军事和民用领域都有着巨大需求。比如在气体探测和成像方面,量子阱红外探测器具有重要的应用前景。在红外波段,一些气体存在着较窄的吸收带,例如六氟化硫(SF6)的吸收带处于10.55μm。当有气体存在时,成像焦平面上的光敏元接收红外辐射,与无气体处存在辐射,因此可以探测出气体的具体位置。由于气体的特征吸收/辐射带宽通常较窄(<300 nm),为了达到高探测灵敏度,一般要求探测器的响应带宽要窄(<300~400 nm),目前气体探测主要是在探测器前附加滤光片或者色散元件来实现窄带探测需求,这种附加装置意味着系统更加复杂以及费用的增加。金属微腔的谐振选频特性,为气体的窄带探测提供了另外一种技术途径,而且由于这种窄带探测功能是探测器像元的自身属性,可以极大的提高焦平面器件设计的灵活性,例如可以利用差分进一步提高探测灵敏度。本文利用微纳加工技术制备金属介质微腔结构的量子阱红外探测器,以微腔为对象,通过理论和实验的方法研究微腔共振模式与器件性能的关系,以及单元器件转向像元尺寸焦平面器件的可行性分析,为下一步进行焦平面器件研制奠定基础。具体内容包括:1.理论部分,利用有限元法(Finte element method,FEM)对金属介质微腔结构进行有限元电磁场数值模拟计算,分析微腔结构的共振原理,光栅周期大小、台面宽度变化对共振波长的影响,同时解释微腔共振阶数与量子吸收效率的关系,获取最优器件结构参数。2.实验部分,通过对样品工艺的研究制定相应的工艺流程,将设计好的带有量子阱材料的样品制备成金属介质微腔结构器件和45°标准单元器件,过程中主要利用紫外光刻、等离子体刻蚀、等离子体化学气相沉积、化学湿法刻蚀、电子束蒸发、倒装焊等工艺步骤对样品进行制备,最后针对器件进行性能测试,主要包括暗电流测试、黑体测试、光电流谱测试等。3.随着台面宽度的变化,共振阶数成偶数值增加,与45°标准单元器件相比,具有微腔结构的器件峰值响应率可以实现8倍的增强,其半高宽可从1.5μm缩小至0.3μm,品质因子可达到45之高。说明此种结构的量子阱红外探测器具有窄带响应特性,在气体探测上具有良好应用。研究了台面宽度、耦合凹槽光栅周期大小、探测器占空比、在Y轴方向缩小至像元尺寸、器件表面Ti/Au金属覆盖率等影响因素,对探测器进行PC谱、黑体响应、暗电流、背景电流等性能测试,实验结果表明,随着共振模式数的增加,台面宽度对共振波长的调节能力变弱,且每一种共振阶数下存在着最优光栅周期。

皇甫夏虹,刘双飞,肖家军,张蓓,彭新村[7](2021)在《纳米光子学结构对GaInAsSb p-n结红外光电性能的调控》文中进行了进一步梳理GaInAsSb在红外光电领域具有重要应用价值,但是窄带隙材料较高的本征载流子浓度和俄歇复合系数使其室温暗电流密度较高,需要进行制冷才能获得满足应用要求的光电性能.本文利用表面宽带隙半导体纳米柱阵列和背面高反射率金属对GaInAsSb p-n结有源区进行双面光调控,将光限制在较薄的有源区进行吸收,从而提升光电转换量子效率并降低室温暗电流.采用时域有限差分方法仿真分析光学性能,采用数值分析方法求解载流子输运方程以分析光电性能.理论结果表明,在当前工艺水平下,双面光调控结构通过激发光学共振效应可以使厚度1μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n结在1.0—2.3μm红外波段的平均量子效率达到90%,扩散暗电流密度可达5×10–6 A/cm2,暗电流主要来自于表面复合,俄歇复合的贡献较小.

杨贺鸣[8](2020)在《长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究》文中研究指明红外探测器是红外探测成像系统中最重要的核心部件之一。从二战期间第一个PbS可实用红外探测器的出现到如今正蓬勃发展的第三代大面阵、小像元、低成本、双色与多色红外光电探测器,已走过近80年的历史。量子阱红外探测器(QWIP)是第三代红外探测器,它的工作原理是基于导带中的子带间跃迁,子带间跃迁的能量刚好位于红外波段,因此在红外探测领域表现出巨大的前景。Ⅲ-Ⅴ族化合物的吸收峰在中远红外波段可调,可用于焦平面,双色和多色探测。相比于HgCdTe探测器,以GaAs/AlGaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族量子阱探测器拥有大面积材料均匀性好、成品率高、重复性好、材料生长和器件制备工艺成熟以及探测器响应时间短的优点,而成为近30年红外检测领域的研究热点,在军事国防和天际探测领域得到广泛应用。但量子阱探测器存在着无法直接吸收正向入射光以及探测器件量子效率低的问题。作为第三代红外探测器的重要材料体系,如何提高其性能是量子阱红外探测领域最重要的研究方向。本论文的工作围绕QWIP的性能优化进行展开。作为光电探测器的其中一种,其性能的优化可以从电子态和光子态两个方面来进行。电子态调控是对器件的工作模式优化,基于此,我们优化了InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式,对材料的电子输运特性和量子阱探测器的性能进行了大幅度的提高。光子态调控主要是通过集成各式各样的光耦合结构,对器件进行光场调控来提高光耦合效率。基于光子态调控,我们优化了当前广泛应用于焦平面成像的金属-介质-金属(MIM)的微腔结构,设计并成功生长和制备得到一种新型的三维自卷曲光耦合结构,从光吸收方面对探测器性能进行了优化。主要工作有:1对InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式进行了优化,得到了一种高增益的甚长波红外探测器。分别采用连续低温和变温模式生长得到响应波长为15μm的InGaAs/GaAs甚长波QWIP材料。研究了不同MBE生长条件对QWIP材料和器件性能的影响。研究发现采用连续低温生长方法得到的InGaAs/GaAsQWIP具有更好的材料性能,表现为更高的晶体质量以及更高的荧光强度。器件的光电性能测量显示连续低温生长法获得的器件表现出更好的探测性能,具有更低的暗电流、更高的背景极限温度、更大的光响应率以及更高的量子效率。在20K温度下,峰值响应率提高38倍,达到5.67A/W,外量子效率高达47%。分析了器件的高响应率得益于器件的B-B跃迁模式带来的高光电导增益。此外,对于工作在B-B跃迁模式下的InGaAs/GaAsQWIP,其光电导增益的值还可以通过改变器件的偏置电压来进行灵活的调控。2从提高光耦合的角度优化了器件性能,设计了一种新型长波卷曲量子阱红外探测器结构,利用分子束外延技术成功生长包含InAlGaAs(InGaAs)应变层的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测材料。发现卷曲后的量子阱的荧光峰强度增强了4倍。悬空的中空微管可以形成Fabry-Perot腔,使~820nm的量子阱发光峰在腔内产生Fabry-Perot共振模式。测试了器件的黑体响应和光电流响应谱,这种自卷曲的三维管状QWIP的探测峰位在8.6μm,它实现了对垂直入射的红外光的直接吸收。入射光照射到微管表面后透射进入中空区,在内壁表面发生3次反射使器件对红外光进行了3次吸收,实现了光响应和荧光强度的增强。在30K温度下,其峰值响应率和量子效率比标准器件都增强了2.7倍,分别达到48.2mA/W和1.9%。3对MIM结构中因金属的存在而带来的不可避免的光耗散以及集成器件中的散热问题和器件制备工艺的复杂性进行了优化。设计了一种新型介质微腔耦合的THz-QWIP,用重掺杂半导体介质层取代MIM结构中的金属,将量子阱吸收层夹在周期性重掺杂的顶部GaAs介质光栅和重掺杂GaAs电极层之间。通过时域有限差分法理论上计算了DMC-THzQWIP的子带吸收谱和电场分布,优化了介质光栅的参数,使表面等离激元的频率被调谐到与量子阱发生共振。研究结果表明DMC-THzQWIP微腔结构可以有效地增强子带间吸收,其增强原理与MIM微腔类似。当GaAs电极层的掺杂浓度超过1019cm-3时,DMC-THzQWIP在响应波长下的子带间吸收率比标准45°器件高1个数量级,继续增大掺杂浓度到3.2×1019cm-3,可使吸收率增强20倍。

应翔霄[9](2020)在《石墨烯的红外增强吸收及其光电探测响应特性研究》文中研究表明鉴于红外线在电磁波谱中的特殊位置,红外探测一直是红外技术领域的重要研究方向,其在夜视成像、无损检测、疾病诊断、军事侦察和工业流程监控等等方面具有广阔的应用前景。红外探测技术的发展依赖于关键探测材料的创新发展。石墨烯是近年来涌现出来的新兴材料,其独特的狄拉克能带结构赋予了石墨烯高电子迁移率、宽光谱响应和静电掺杂调谐等特殊的光电性质,为研制高性能红外探测器件提供了研究空间。针对石墨烯超薄材料的弱吸收以及光电探测性能局限问题,本论文对石墨烯的红外增强吸收和红外探测响应特性开展了深入研究,建立了石墨烯的红外光学仿真模型,设计并制备了石墨烯Salisbury屏和石墨烯-硅异质结原型器件,实验实现了单层石墨稀40%的红外吸收效率以及石墨烯本身作为探测材料在1550 nm波长处的红外探测响应。研究结果有助于理解石墨烯的红外响应基础特性,对于发展基于石墨烯的红外探测器件具有研究价值。论文的主要研究成果包括:1、建立了石墨烯多层膜传输矩阵模型,理论预测了单层石墨烯100%的红外全吸收性质。受限于石墨烯超薄的单原子层厚度,石墨烯本身仅仅具有2.3%的光吸收率,该微弱吸收限制了石墨烯光电器件的效率和性能。本论文基于石墨烯二维电导率的描述方法,建立了多层膜石墨烯的传输矩阵理论模型,提出了平面薄膜结构的石墨烯吸收共振增强方法。理论结果表明在单层石墨烯的Salisbury屏中,石墨烯在正入射时的吸收从2.3%提高到了10%,而在TE偏振及接近掠入射条件下,石墨烯多层膜的有效阻抗与真空匹配,可达100%全吸收;在多层石墨烯结构中,其红外吸收与石墨烯层数成正比,在所有入射角范围内,都具有80%以上的吸收效果。该理论模型和仿真结果揭示了石墨烯在红外波段的全吸收特性,为论文的实验验证奠定了理论基础。2、设计并制备了石墨烯Salisbury屏结构,实验实现了单层石墨烯40%的红外吸收。基于石墨烯多层膜传输矩阵模型和薄膜沉积技术,论文设计并制备了单层石墨烯Salisbury屏,其结构由300 nm铜(Cu)/2μm二氧化硅(SiO2)/石墨烯三层膜组成,红外光谱测试表明该单层石墨烯Salisbury屏在1.8μm波长处具有9%的吸收率,在TE偏振和近掠入射条件下具有40%的吸收。进一步的石墨烯材料测试和理论分析表明,实验化学气相沉积制备的石墨烯具有约900 cm2V-1s-1的电子迁移率,比理论理想数值小1个量级以上,该较小的电子迁移率导致实验测试的40%吸收未达到理论预测的吸收条件。论文实现的石墨烯Salisbury屏结构克服了石墨烯固有的弱吸收性能瓶颈,将石墨烯2.3%的本征吸收提高了17倍,表明石墨烯的光电转换效率有大幅上升的空间。3、研制了石墨烯-硅异质结,实验观测了石墨烯本身的红外探测响应。石墨烯被广泛报道在光电导和光伏型探测结构中具有良好光电响应特性,然而其主要探测响应来源于与石墨烯复合的其他敏感材料,而非石墨烯本身。本论文探究了异质结中石墨烯本身的红外探测响应特性,实验制备了石墨烯-硅异质结,测试结果表明该异质结在980 nm处具有硅的光伏响应,而在1550 nm处具有石墨烯本身的探测响应,其探测率为1.3×108 cmHz1/2W-1。进一步结合能带的探测机理分析表明,该石墨烯的探测响应是由石墨烯中电子在声子或者缺陷的作用下的间接跃迁导致,而不是常规的电子带间跃迁过程。本工作的研究结果揭示了石墨烯本身的探测响应机理和红外探测潜力。

罗曼[10](2019)在《二维材料及其异质结构的可见—红外光电探测器件研究》文中研究表明自石墨烯被发现以来,二维材料由于自身独特的物理性质广受国内外研究人员的关注。随着纳米材料制备技术的不断提高,上千种具有不同性质的二维材料被成功发现或合成。由于二维材料具有原子级厚度,因此对于外界的调控异常敏感,优异的电学及光学特性使得二维材料能够在微纳电子和光电器件领域发挥无限的潜力。但基于二维材料的光电探测器依然面临着响应速度慢,吸光效率有限等问题。微纳加工技术的提高,使得可以通过人工堆叠手段将二维材料进行任意组合,进一步设计独特的器件结构来提高二维材料光电器件的探测性能。本论文主要围绕着基于二维材料的异质结型光电探测器件,探究局域电场对结型光电探测器件光电输运的影响及其背后的物理机理,实现了暗电流的有效抑制和响应速度的显着提高。主要内容如下:1.研究了基于Au-WSe2-ITO垂直结构的肖特基结器件在不同偏压下探测可见-近红外光的机理和性能。器件中肖特基结处形成的内建电场有效改善了光电探测的性能,其中在零偏压下光电响应率可达0.1 A/W,响应时间快至50微秒,暗电流可低至皮安量级;其次,材料的物理性质使探测器实现了550nm(可见光)到950nm(近红外光)范围内的宽谱光电响应。基于此原理设计的器件结构有望发展成快速,宽波段,高响应的光电探测器。2.研究了基于ReS2/MoTe2材料的范德瓦尔斯异质结器件在不同栅极电压下的整流情况及零栅压下对可见光(520 nm)的探测性能。在电学上,由于二维材料MoTe2具有双极性,使得外加栅电压能够调节材料导电类型。测试异质结器件时,栅极电压的调控使MoTe2的费米面上下移动,与ReS2的费米面相对位置改变,实现了异质结器件在不同栅压下整流方向的改变。此外发现该器件在零栅压下能够实现对可见光(520 nm)较强的光电响应,其响应率和响应时间分别为0.5 A/W和109μs。为二维材料应用于电子和光电子器件领域提供了潜在的价值。3.研究了基于PdSe2/MoTe2垂直结构的异质结器件从可见光(520 nm)到红外波段(10.6μm)的光电探测。两种材料间形成的内建电场有效降低了器件的暗电流,在零偏压下对可见光波段的光电流达到了10μA,响应率可达到79mA/W,响应速度的上升时间和下降时间分别为160μs和44μs。此外,基于PdSe2材料的物理特性,该器件实现了超宽波长范围的探测。4.研究了基于薄层PdSe2双栅结构的面内p-n结器件。在栅极电压调控下,薄层PdSe2表现出了良好的双极性。依靠两个独立的背栅调控可在材料平面内形成不同的结,材料形成的同质结可以在p-n、p-i、i-n、n-p四种状态下自由切换。此外,我们获得该器件处于整流最佳工作状态下对可见光(637 nm)的探测性能,其响应率最大达到了3.6 mA/W,外量子效率为0.9%。

二、共振腔增强GaInAsSb红外光电探测器研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、共振腔增强GaInAsSb红外光电探测器研究(论文提纲范文)

(1)微纳结构增强型红外探测器研究进展(特邀)(论文提纲范文)

0 引言
1 微纳结构增强红外探测器性能的机理
2 介质型微纳结构增强的红外探测器
3 表面金属型微纳结构增强的红外探测器
4 三维等离子腔体微结构增强型红外探测器
5 结论

(2)PbSe纳米线的可控生长及中红外探测器的研制(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 红外探测器的研究进展
    1.3 红外探测器的分类
        1.3.1 常见的红外探测器材料介绍
        1.3.2 常见的红外探测器结构介绍
    1.4 纳米材料的性质与纳米线的应用
        1.4.1 纳米材料的物理效应
        1.4.2 纳米线材料的应用
        1.4.3 PbSe材料制备现状
    1.5 本论文的研究意义及研究内容
        1.5.1 本文研究意义
        1.5.2 本文研究内容
第二章 PbSe材料的制备与表征方法
    2.1 半导体纳米薄膜成核理论简介
    2.2 常见的半导体纳米材料制备方法介绍
        2.2.1 水热法
        2.2.2 溶剂热法
        2.2.3 分子束外延法(MBE)
        2.2.4 化学浴沉积法(CBD)
        2.2.5 化学气相沉积法(CVD)
    2.3 表征方法介绍
        2.3.1 扫描电子显微镜
        2.3.2 能谱仪
        2.3.3 X射线衍射仪
        2.3.4 光致发光测试系统
    2.4 本章小结
第三章 PbSe材料理论计算与分析
    3.1 PbSe的能带结构仿真
        3.1.1 能带结构的物理意义
        3.1.2 能带结构和态密度的仿真计算
        3.1.3 能带结构图分析
        3.1.4 态密度图分析
    3.2 PbSe材料的应用
    3.3 本章小结
第四章 PbSe材料的生长及其表征
    4.1 PbSe纳米线生长
        4.1.1 用真空镀膜机给硅片表面镀铅
        4.1.2 PbSe纳米线的CVD生长
    4.2 实验结果与分析
        4.2.1 光学显微镜下的图像
        4.2.2 扫描电子显微镜下的图像
        4.2.3 能谱仪表征
        4.2.4 X射线衍射(XRD)表征
    4.3 PbSe粗线材料的制备
    4.4 PbSe晶粒的制备
        4.4.1 光学显微镜下的PbSe晶粒
        4.4.2 扫描电子显微镜下的PbSe纳米晶
        4.4.3 纳米晶样品的XRD表征
    4.5 本章小结
第五章 PbSe中红外探测器的光电特性测试
    5.1 红外光探测电路与叉指电极探测器
    5.2 叉指电极探测器的制备
        5.2.1 PbSe薄膜的制备
        5.2.2 敏化处理
        5.2.3 叉指电极的制备
        5.2.4 PCB封装
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 响应度
        5.3.2 噪声等效功率
        5.3.3 探测率
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简介
在校期间所取得的科研成果

(4)基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 后摩尔时代下二维材料的兴起
        1.1.1 半导体产业的发展概述
        1.1.2 二维材料及其器件的研究情况
    1.2 基于二维材料的器件研究介绍
        1.2.1 二维材料及其异质结构
        1.2.2 基于二维材料的研究领域
    1.3 基于二维材料的热载流子器件
        1.3.1 二维材料热载流子的主要激发方式
        1.3.2 基于二维材料和表面等离激元的热载流子的主要应用方向
    1.4 论文的研究意义、主要思路及章节安排
        1.4.1 论文的研究意义与目的
        1.4.2 论文的主要研究思路
        1.4.3 论文的章节安排
第二章 基于二维材料的器件的制备、表征与测试
    2.1 二维材料的获取
    2.2 二维异质结器件的制备方法
        2.2.1 PMMA转移法
        2.2.2 PC转移法
        2.2.3 PVA转移法
        2.2.4 PDMS转移法
        2.2.5 PPC转移法
    2.3 二维异质结器件的表征和测试方法
        2.3.1 材料表征
        2.3.2 电学测试
        2.3.3 光电测试
    2.4 本章小结
第三章 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的超热载流子
    3.1 背景介绍
    3.2 器件结构设计和实验方法
        3.2.1 器件制备与测试方法
        3.2.2 金纳米结构的设计和表征
        3.2.3 器件的工作原理
    3.3 超热载流子的实验研究
        3.3.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的本征热载流子
        3.3.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子
        3.3.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子的物理机制研究
    3.4 微分负光电响应和物理机制的研究
        3.4.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的电流输运机制
        3.4.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中负微分光电导现象
        3.4.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的热电子温度的偏压依赖
        3.4.4 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的负微分光电导的调制
    3.5 本章小结
第四章 基于手性热电子的常温谷电子晶体管
    4.1 背景介绍
    4.2 器件结构和工作原理
        4.2.1 器件结构和工作原理
        4.2.2 器件制备方法与测试手段
    4.3 谷信号的注入、输运、探测和控制
        4.3.1 谷信号的注入
        4.3.2 谷极化的验证
        4.3.3 谷信号的输运与探测
        4.3.4 谷信号的控制
    4.4 谷霍尔晶体管的应用前景
    4.5 本章小结
第五章 等离激元超构表面与石墨烯/硅集成的红外偏振探测器
    5.1 背景介绍
    5.2 器件结构设计和实验方法
        5.2.1 器件的结构设计
        5.2.2 器件的制备流程
        5.2.3 器件的测试方法
    5.3 器件的性能表征
        5.3.1 等离激元超构表面对1550 nm光响应的增强
        5.3.2 器件光响应的偏振依赖
        5.3.3 四像素偏振探测器
        5.3.4 四像素偏振测定的解算过程
        5.3.5 器件性能的优化
    5.4 本章小结
第六章 热电子晶体管器件
    6.1 背景介绍
    6.2 热电子晶体管的基本结构、原理和制备
    6.3 热电子晶体管的电学测试
    6.4 目前存在的问题分析
    6.5 基于热电子晶体管的热电子能谱分析
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 展望
参考文献
作者简介及在攻读博士学位期间取得的科研成果

(5)极紫外光学频率梳的研制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 光学频率梳
    1.2 极紫外光学频率梳
    1.3 国内外极紫外光梳的研究现状
    1.4 极紫外光梳的主要应用
        1.4.1 在精密测量物理领域的应用
        1.4.2 在强场与阿秒物理领域的应用
        1.4.3 在其他交叉领域的应用
    1.5 本文主要工作
第2章 高次谐波辐射过程
    2.1 单原子响应
        2.1.1 强场电离
        2.1.2 经典“三步”模型
        2.1.3 基于强场近似的量子模型
    2.2 宏观效应与相位匹配
        2.2.1 单通高次谐波辐射
        2.2.2 腔内高次谐波辐射
第3章 驱动光梳与飞秒共振腔
    3.1 高功率红外驱动光梳
    3.2 飞秒共振腔
        3.2.1 腔的精细度与增强倍数
        3.2.2 高斯光束在腔内的传播与模式匹配
        3.2.3 腔内色散
        3.2.4 锁定腔长
        3.2.5 输出耦合镜
    3.3 真空腔体
    3.4 小结
第4章 极紫外光梳的搭建
    4.1 高功率飞秒共振腔的搭建
    4.2 腔内高次谐波的产生与耦合输出
    4.3 极紫外光梳相干性测量
    4.4 小结
第5章 高重复频率强激光驱动氮气分子荧光研究
    5.1 实验装置
    5.2 实验结果
    5.3 分析与讨论
    5.4 小结
第6章 结论与展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢

(6)金属介质微腔量子阱红外探测器(QWIPs)的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 课题的研究意义与来源
    1.2 气体探测技术概述
        1.2.1 主动式探测技术
        1.2.2 被动式探测技术
    1.3 红外探测器
        1.3.1 红外探测器的分类
    1.4 长波红外量子阱探测器
    1.5 本文论的工作
第二章 探测器的理论模拟、制备与测试方法
    2.1 电磁场计算模拟方法
        2.1.1 有限元数值模拟计算
        2.1.2 材料在模拟中的光学模型
    2.2 量子阱材料的生长和器件制备
        2.2.1 量子阱材料结构设计与生长
        2.2.2 45°标准器件的制备
        2.2.3 金属\介质微腔量子阱红外探测器的制备
    2.3 器件性能相关测试技术
        2.3.1 光致发光(PL)谱测试
        2.3.2 器件I-V测试系统
        2.3.3 器件黑体响应测试系统
        2.3.4 光电流谱测试
    2.4 本章小结
第三章 金属\介质微腔共振特性的研究
    3.1 金属\介质微腔量子阱红外探测器理论分析
        3.1.1 探测器结构设计
        3.1.2 有限元电磁模型
    3.2 量子阱红外探测器的性能研究
        3.2.1 器件暗电流
        3.2.2 器件黑体响应率
        3.2.3 器件峰值响应率
    3.3 台面宽度及共振模式对响应光谱的调控性能研究
        3.3.1 测试结果
        3.3.2 模拟结果和分析
    3.4 光栅周期对响应光谱的影响
        3.4.1 测试结果
        3.4.2 模拟结果和分析
    3.5 共振阶数、掺杂浓度与品质因子的关系
    3.6 本章小结
第四章 单元器件转向焦平面可行性分析
    4.1 器件占空比对性能的影响
        4.1.1 占空比设计
        4.1.2 实验测试结果分析
    4.2 器件Y轴尺寸对性能的影响
        4.2.1 Y轴尺寸设计
        4.2.2 实验测试结果分析
    4.3 器件台面金属覆盖率对器件性能的影响
        4.3.1 器件台面金属覆盖率设计
        4.3.2 实验测试结果分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间所获得的成果
致谢

(7)纳米光子学结构对GaInAsSb p-n结红外光电性能的调控(论文提纲范文)

1 引言
2 器件结构和理论方法
3 结果与讨论
    3.1 共振模式和光学特性
    3.2 光电特性
4 结论

(8)长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 红外探测技术
    1.2 量子阱红外探测器(QWIP)概述
        1.2.1 量子阱红外探测器的工作原理
        1.2.2 量子阱红外探测器的光耦合方式
        1.2.3 量子阱红外探测器的偏振探测
    1.3 长波/甚长波QWIP
        1.3.1 长波和甚长波量子阱探测器概述
        1.3.2 长波和甚长波量子阱探测器的研究进展
    1.4 THz量子阱红外探测器概述
        1.4.1 THz技术和应用
        1.4.2 THz量子红外探测器的研究进展
    1.5 本论文的主要研究内容
    参考文献
第二章 量子阱红外探测器的理论与实验研究方法
    2.1 理论模拟方法
        2.1.1 时域有限差分法(FDTD)
        2.1.2 有限元法(FEM)
    2.2 材料的MBE生长和器件的工艺制备流程
        2.2.1 量子阱材料的分子束外延(MBE)生长
        2.2.2 器件的工艺制备流程
    2.3 量子阱红外探测器件的性能表征
        2.3.1 材料的光致发光(PL)光谱
        2.3.2 器件的伏安特性(I-V)
        2.3.3 器件的黑体响应谱测试
        2.3.4 器件的光电流(PC)谱测试
        2.3.5 器件的噪声与探测率
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 高性能甚长波InGaAs/GaAs量子阱红外光电探测器的MBE材料生长和器件研究
    3.1 引言
    3.2 样品结构设计和器件制备
        3.2.1 甚长波InGaAs/GaAs QWIP材料的结构设计
        3.2.2 甚长波InGaAs/GaAs QWIP的材料生长
        3.2.3 甚长波InGaAs/GaAs QWIP器件的工艺制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 样品的结构和光学表征
        3.3.2 器件的电学测试
    3.4 小结
    参考文献
第四章 三维卷曲长波量子阱红外探测器(QWIP)的制备和性能研究
    4.1 三维自卷曲微管概述
    4.2 三维卷曲长波QWIP的设计和制备流程
        4.2.1 三维卷曲QWIP的材料结构设计
        4.2.2 三维卷曲QWIP的工艺流程与制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 三维卷曲微管的光学特性
        4.3.2 三维卷曲长波QWIP的电学测试
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 基于重掺杂介质微腔耦合的太赫兹(DMC-THz)量子阱红外探测器(QWIP)
    5.1 引言
    5.2 计算方法和模型
    5.3 计算结果与讨论
        5.3.1 高掺杂的DMC-THz QWIP的光吸收率和光学模式特性
        5.3.2 重掺杂DMC-THz QWP的光吸收率与结构参数的依赖关系
        5.3.3 重掺杂DMC-THz QWIP的光吸收率的角度依赖关系
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.3 后续展望
攻读博士学位期间研究成果及其它
致谢

(9)石墨烯的红外增强吸收及其光电探测响应特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 红外探测技术概述
    1.2 石墨烯光电探测器的研究现状
        1.2.1 石墨烯光伏型探测器研究现状
        1.2.2 石墨烯光导型探测器研究现状
        1.2.3 石墨烯光电流增益探测器研究现状
        1.2.4 石墨烯微纳结构光电探测研究现状
    1.3 论文选题依据及创新点
    1.4 论文的内容安排
第二章 石墨烯的光吸收和光探测原理
    2.1 石墨烯的基本光学性质
    2.2 石墨烯的光吸收过程
    2.3 石墨烯的光探测机理
        2.3.1 光电导效应
        2.3.2 光伏效应
        2.3.3 光电流增益效应
    2.4 本章小结
第三章 平面薄膜结构中的石墨烯全吸收理论预测
    3.1 Salisubry屏理论
    3.2 传输矩阵理论模型
    3.3 石墨烯Salisbury屏光吸收仿真结果
    3.4 周期性多层膜石墨烯结构的光吸收仿真结果
    3.5 本章小结
第四章 石墨烯Salisbury屏的红外增强吸收特性
    4.1 石墨烯Salisbury屏的材料和结构设计
    4.2 石墨烯Salisbury屏的实验制备
        4.2.1 蒸发镀膜制备
        4.2.2 PECVD薄膜生长
        4.2.3 石墨烯的转移
    4.3 石墨烯Salisbury屏的吸收性能实验测试与分析
        4.3.1 红外吸收光谱测试方法
        4.3.2 测试结果与分析
    4.4 本章小结
第五章 石墨烯-硅的红外光电探测特性
    5.1 石墨烯-硅异质结的结构设计
    5.2 石墨烯-硅异质结的制备
        5.2.1 光刻图形化
        5.2.2 酸法腐蚀
    5.3 石墨烯-硅异质结的性能测试
        5.3.1 红外光电响应谱测试方法
        5.3.2 测试结果与分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 论文的主要工作总结
    6.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(10)二维材料及其异质结构的可见—红外光电探测器件研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.0 引言
    1.1 光电探测器
    1.2 二维层状材料光电探测器的发展
        1.2.1 基于石墨烯(graphene)的光电探测器
        1.2.2 基于过渡金属硫族化合物(TMDCs)的光电探测器
        1.2.3 基于黑磷(BP)和其他一些窄带隙材料的光电探测器
    1.3 范德瓦尔斯异质结光电探测器
    1.4 光电流的产生机制及相关性能
        1.4.1 通过电子空穴对分离产生光电流的机制
        1.4.2 通过热效应产生光电流的机制
        1.4.3 光电探测器相关的性能
    1.5 本论文的主要内容
第二章 材料准备及器件制备过程
    2.1 实验设备
    2.2 材料的准备和转移方法
    2.3 电子束曝光法(EBL)制作器件
    2.4 本章小结
第三章 Au-WSe_2-ITO垂直肖特基结光电探测器
    3.1 研究背景
    3.2 肖特基势垒
    3.3 Au-WSe_2-ITO垂直结器件的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 Au-WSe_2-ITO垂直结器件的基本表征
        3.4.2 Au-WSe_2-ITO垂直结器件的光电测试及机理分析
        3.4.3 Au-WSe_2-ITO垂直结器件的光电性能研究
    3.5 本章小结
第四章 Re S2/MoTe_2异质结整流方向分析和光电响应的研究
    4.1 研究背景
    4.2 Re S2/MoTe_2 异质结器件的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.0 ReS2/MoTe_2 异质结的器件结构和基本性质表征
        4.3.1 ReS2/MoTe_2 异质结器件的基本电学性质测试
        4.3.2 ReS2/MoTe_2 异质结器件的光电响应测试
    4.4 本章小结
第五章 PdSe_2/MoTe_2垂直异质结光电探测器
    5.1 研究背景
    5.2 PdSe_2/MoTe_2 垂直异质结器件的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 PdSe_2/MoTe_2 垂直异质结器件的基本性质表征
        5.3.2 PdSe_2/MoTe_2 垂直异质结器件的整流特性测试
        5.3.3 PdSe_2/MoTe_2 垂直异质结器件的光电响应测试
    5.4 本章小结
第六章 基于双栅调控的薄层二硒化钯面内p-n结的研究
    6.1 研究背景
    6.2 PdSe_2同质结器件的制备
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 PdSe_2同质结器件的基本电学测试
        6.3.2 PdSe_2同质结器件在双栅调控下的电学性质
        6.3.3 PdSe_2同质结器件在双栅调控下的光电测试
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文

四、共振腔增强GaInAsSb红外光电探测器研究(论文参考文献)

  • [1]微纳结构增强型红外探测器研究进展(特邀)[J]. 朱鹏,肖磊,孙泰,史浩飞. 红外与激光工程, 2022(01)
  • [2]PbSe纳米线的可控生长及中红外探测器的研制[D]. 张伯轩. 浙江大学, 2021(01)
  • [3]超构材料中电/磁局域共振激发及其应用研究[D]. 陈思宇. 南京邮电大学, 2021
  • [4]基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究[D]. 李泠霏. 浙江大学, 2021(01)
  • [5]极紫外光学频率梳的研制[D]. 张津. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2021(01)
  • [6]金属介质微腔量子阱红外探测器(QWIPs)的研究[D]. 尹伊哲. 上海师范大学, 2021(07)
  • [7]纳米光子学结构对GaInAsSb p-n结红外光电性能的调控[J]. 皇甫夏虹,刘双飞,肖家军,张蓓,彭新村. 物理学报, 2021(11)
  • [8]长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究[D]. 杨贺鸣. 华东师范大学, 2020(05)
  • [9]石墨烯的红外增强吸收及其光电探测响应特性研究[D]. 应翔霄. 电子科技大学, 2020(07)
  • [10]二维材料及其异质结构的可见—红外光电探测器件研究[D]. 罗曼. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2019(03)

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谐振腔增强型GaInAsSb红外光电探测器研究
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