长波/甚长波红外量子级联探测器相关物理研究

发布时间：2021-05-25 18:15

　　作为量子阱红外探测器的优化,量子级联探测器概念于21世纪初被提出并被广泛研究。除可重复性高、工艺成熟、材料均匀性好,量子级联探测器的优势还在于光伏工作机制、噪声低、工作温度高、响应速率快。然而量子级联探测器的量子效率低,并且量子阱的子带跃迁机制导致其不能吸收垂直入射光。与此同时,红外成像技术已经发展到了第三代的多色、大规模、小像元红外焦平面阵列,以获得高分辨率、高准确度、高灵敏度的凝视成像。为满足该应用需求,量子级联探测器的性能亟待进一步优化。作为一种光电探测器,其性能可以分别从光学与电学两方面进行优化,光学方面主要是光耦合效率,电学方面包括提高响应率与抑制器件噪声。本论文的工作围绕量子级联探测器的性能优化来展开。主要工作有:1.从光学角度出发,对光耦合过程进行优化。将等离激元微腔与量子级联探测器相集成,使器件峰值响应率从42mA/W提升至176mA/W,增强4.1倍,黑体响应率从2.73 mA/W提升至8.2 mA/W,增强3倍,并且具有优良的偏振选择性,偏振消光比高达127。并且基于此结构,结合量子级联探测器的双色响应机制,设计了中波/长波红外双色量子级联探测器,探测波长分别为4.... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 红外探测器的发展历史
    1.2 量子级联探测器
    1.3 器件制备工艺流程
        1.3.1 单元器件工艺
        1.3.2 焦平面阵列器件工艺
    1.4 探测器性能描述
        1.4.1 光谱响应
        1.4.2 黑体响应率
        1.4.3 噪声
        1.4.4 探测率
    1.5 本论文的工作
    参考文献
第二章 等离激元微腔量子级联探测器
    2.1 等离激元微腔研究现状
    2.2 等离激元微腔电场模式分析
    2.3 等离激元微腔结构对量子级联探测器响应率的影响
        2.3.1 本节摘要
        2.3.2 器件设计
        2.3.3 仿真结果与讨论
        2.3.4 实验结果与讨论
    2.4 基于等离激元微腔的中波-长波双色量子级联探测器研究
        2.4.1 本节摘要
        2.4.2 器件设计
        2.4.3 仿真结果与讨论
    2.5 基于准一维金属光栅的等离激元微腔量子级联探测器的研究
        2.5.1 本节摘要
        2.5.2 器件设计
        2.5.3 仿真结果与讨论
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 宽带响应量子级联探测器
    3.1 宽带响应量子级联探测器现状
    3.2 宽带响应量子级联探测器的设计与实验结果
        3.2.1 双阱吸收宽带响应量子级联探测器
        3.2.2 微带吸收宽带响应量子级联探测器
        3.2.3 低势垒宽带响应量子级联探测器
    3.3 片上光谱仪应用
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 高响应率量子级联探测器
    4.1 量子级联探测器各材料体系及对应的研究进展
    4.2 GaAs材料体系甚长波高响应率量子级联探测器
    4.3 GaAs材料体系16.3 μm甚长波量子级联探测器
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 量子级联探测器噪声研究
    5.1 量子级联探测器热跃迁主要成分分析
    5.2 长波低噪声量子级联探测器
    5.3 量子级联探测器光谱噪声研究
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
攻读博士学位期间的学术成果
致谢


【参考文献】：
博士论文
[1]基于子带跃迁量子结构红外探测器的研究[D]. 刘希辉.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014



本文编号：3205790