石墨烯叠层结构光电响应特性与双波段探测方法研究
发布时间：2021-01-22 13:57
光是传递信息的重要载体,光电探测器的出现为人类记录和传输信号提供了全新方法。双波段探测器是光电探测领域的重要研究方向之一,能抑制复杂背景对光电探测的影响,提升探测准确率,在军事、安防、遥感等领域具有重要应用价值。新材料新机理的发现是光电探测器发展的动力。近年来,低维材料的出现,特别是由其量子限域属性所决定的特殊光电性能,为红外探测领域注入了新的活力。石墨烯是理想的光电探测材料,石墨烯因其高载流子迁移率可作为光生载流子的高速传输通道,零带隙特性使得其可吸收的光谱范围覆盖了整个紫外至远红外波段,良好的加工性使它易于和传统半导体材料形成范德瓦尔斯接触,构建石墨烯叠层结构;然而,石墨烯较低吸收率对其响应度造成了明显的限制。虽然研究人员提出了通过提升增益的方式提高其响应度,但是通常以牺牲响应速度为代价。为此,本论文基于石墨烯与高迁移率材料的叠层结构器件,研究了该器件的光电转化和载流子输运机制,同时提升了响应度和响应速度;发展了石墨烯基三明治结构双波段探测器,引入了两个波段的增益,提出了新的双波段信号提取方法,并基于该方法开展了探测性能提升的探索。具体研究成果如下:（1）针对目前石墨烯叠层光电探测...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院)重庆市
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁辐射频谱图(图片源于必应网)
石墨烯叠层结构光电响应特性与双波段探测方法研究2信号(近红外0.75~2.5μm，中红外2.5~25μm，远红外25~1000μm)直接或者间接地转化为便于用电压、电流或者电阻等电学指标检测的电信号，是红外探测系统的核心元器件。红外探测器依据探测的目标波段分为近红外探测器、中红外探测器和远红外探测器三种。此外，红外探测一般在大气环境中进行，而大气中的H2O、CO2、O2、O3等气体对一些特定波段的红外辐射有较强的吸收，吸收较弱的红外波段便构成了“大气窗口”；通过对大气窗口的分析和利用，对不同环境中的红外探测具有重要的指导意义，如大气中的红外探测主要针对大气中透射率较高的波段范围进行，而大气层外的红外探测可以针对所有波段进行；在大气层外探测到“非大气窗口”的红外信号往往由飞出大气层的物体发出，该部分红外波段的精准探测，对大气层外飞行物的军事追踪打击具有重要意义。大气对红外光谱的吸收率如图1.2所示，大气主要透射的红外波段为2~2.6μm、3~5μm、8~14μm，红外探测领域中的大多数红外探测器主要针对三个波段进行探测。红外探测及相关技术通常应用于夜视红外成像、导弹制导系统、军事探测、气象分析、航空航天遥感探测、温度分布检测、医疗检测等各个领域[1-6]，如图1.3所示。红外探测在航空航天、军事和前沿科技科研领域占据重要地位，该方面的突出成就和技术积累在一定程度上决定了一个国家的军事和科技实力。图1.2大气透射光谱(图片源于维基百科)Figure1.2Infraredatmosphericwindow(ThepicturesfromWikipedia.org)
第1章绪论3图1.3红外探测的应用领域：(a)热成像；(b)温度检测；(c)导弹制导系统；(d)医疗检测；(e)军事侦探；(f)气象检测；(g)夜视仪(图片源于百度网)Figure1.3Applicationareasofinfrareddetection:(a)Thermalimaging;(b)Temperaturedetection;(c)Missileguidance;(d)Medicaldetection;(e)Militarydetectives;(f)Weatherdetection;(g)Nightvision(Thepicturesfromwww.baidu.com)1.1.2光电探测器工作机理自19世纪光电探测理论的提出以来，光电探测器先后经历了以热电偶探测、热电堆探测为代表的热探测；以光电导探测器和光伏探测器等为代表的光子型探测器[6,7]。随着材料的发展，探测机理又进一步细分，如测辐射热计、热释电效应、低维光电探测器的光诱导局域场调控效应等。具体来说：(1)光子型探测器的探测机理主要是基于光生电子空穴对，而依据光生载流子的作用又可以分为光电导型和光伏型。a)光电导型探测器机理：当入射的光能量等于或者大于半导体的禁带宽度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展[J]. 杨旗,申钧,魏兴战,史浩飞. 红外与激光工程. 2020(01)
[2]短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展[J]. 李雪,邵秀梅,李淘,程吉凤,黄张成,黄松垒,杨波,顾溢,马英杰,龚海梅,方家熊. 红外与激光工程. 2020(01)
[3]星载空间目标可见光探测系统探测能力研究[J]. 李锋,董峰. 科学技术与工程. 2016(23)
[4]320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器[J]. 白治中,徐志成,周易,姚华城,陈洪雷,陈建新,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2015(06)
[5]光电探测技术在火控系统中的应用及发展[J]. 陆君,吕彤光. 红外与激光工程. 2012(04)
[6]非晶硅微测辐射热计热学和力学仿真研究[J]. 龚宇光,李伟,蔡海洪,李志,陈超,蒋亚东. 传感技术学报. 2009(08)
博士论文
[1]低噪声近红外InGaAs焦平面探测器研究[D]. 于春蕾.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2019
[2]光电远程快速探测关键技术研究[D]. 曾钦勇.电子科技大学 2018
[3]石墨烯/硅异质结光电探测器性能研究[D]. 朱淼.清华大学 2015
硕士论文
[1]基于石墨烯墙的光电探测器[D]. 张辉.电子科技大学 2018
本文编号：2993352
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院)重庆市
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁辐射频谱图(图片源于必应网)
石墨烯叠层结构光电响应特性与双波段探测方法研究2信号(近红外0.75~2.5μm，中红外2.5~25μm，远红外25~1000μm)直接或者间接地转化为便于用电压、电流或者电阻等电学指标检测的电信号，是红外探测系统的核心元器件。红外探测器依据探测的目标波段分为近红外探测器、中红外探测器和远红外探测器三种。此外，红外探测一般在大气环境中进行，而大气中的H2O、CO2、O2、O3等气体对一些特定波段的红外辐射有较强的吸收，吸收较弱的红外波段便构成了“大气窗口”；通过对大气窗口的分析和利用，对不同环境中的红外探测具有重要的指导意义，如大气中的红外探测主要针对大气中透射率较高的波段范围进行，而大气层外的红外探测可以针对所有波段进行；在大气层外探测到“非大气窗口”的红外信号往往由飞出大气层的物体发出，该部分红外波段的精准探测，对大气层外飞行物的军事追踪打击具有重要意义。大气对红外光谱的吸收率如图1.2所示，大气主要透射的红外波段为2~2.6μm、3~5μm、8~14μm，红外探测领域中的大多数红外探测器主要针对三个波段进行探测。红外探测及相关技术通常应用于夜视红外成像、导弹制导系统、军事探测、气象分析、航空航天遥感探测、温度分布检测、医疗检测等各个领域[1-6]，如图1.3所示。红外探测在航空航天、军事和前沿科技科研领域占据重要地位，该方面的突出成就和技术积累在一定程度上决定了一个国家的军事和科技实力。图1.2大气透射光谱(图片源于维基百科)Figure1.2Infraredatmosphericwindow(ThepicturesfromWikipedia.org)
第1章绪论3图1.3红外探测的应用领域：(a)热成像；(b)温度检测；(c)导弹制导系统；(d)医疗检测；(e)军事侦探；(f)气象检测；(g)夜视仪(图片源于百度网)Figure1.3Applicationareasofinfrareddetection:(a)Thermalimaging;(b)Temperaturedetection;(c)Missileguidance;(d)Medicaldetection;(e)Militarydetectives;(f)Weatherdetection;(g)Nightvision(Thepicturesfromwww.baidu.com)1.1.2光电探测器工作机理自19世纪光电探测理论的提出以来，光电探测器先后经历了以热电偶探测、热电堆探测为代表的热探测；以光电导探测器和光伏探测器等为代表的光子型探测器[6,7]。随着材料的发展，探测机理又进一步细分，如测辐射热计、热释电效应、低维光电探测器的光诱导局域场调控效应等。具体来说：(1)光子型探测器的探测机理主要是基于光生电子空穴对，而依据光生载流子的作用又可以分为光电导型和光伏型。a)光电导型探测器机理：当入射的光能量等于或者大于半导体的禁带宽度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展[J]. 杨旗,申钧,魏兴战,史浩飞. 红外与激光工程. 2020(01)
[2]短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展[J]. 李雪,邵秀梅,李淘,程吉凤,黄张成,黄松垒,杨波,顾溢,马英杰,龚海梅,方家熊. 红外与激光工程. 2020(01)
[3]星载空间目标可见光探测系统探测能力研究[J]. 李锋,董峰. 科学技术与工程. 2016(23)
[4]320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器[J]. 白治中,徐志成,周易,姚华城,陈洪雷,陈建新,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2015(06)
[5]光电探测技术在火控系统中的应用及发展[J]. 陆君,吕彤光. 红外与激光工程. 2012(04)
[6]非晶硅微测辐射热计热学和力学仿真研究[J]. 龚宇光,李伟,蔡海洪,李志,陈超,蒋亚东. 传感技术学报. 2009(08)
博士论文
[1]低噪声近红外InGaAs焦平面探测器研究[D]. 于春蕾.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2019
[2]光电远程快速探测关键技术研究[D]. 曾钦勇.电子科技大学 2018
[3]石墨烯/硅异质结光电探测器性能研究[D]. 朱淼.清华大学 2015
硕士论文
[1]基于石墨烯墙的光电探测器[D]. 张辉.电子科技大学 2018
本文编号：2993352
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2993352.html
