高量子效率可见-短波红外宽光谱InGaAs探测器研究

发布时间：2022-02-18 15:29

　　目前主流的微光夜视装置主要装配超二代、三代像增强器以及Si基器件,在可见-近红外波段具有很高的灵敏度,但其光谱与大气辉光的短波红外不匹配,在无月光夜晚存在局限性。室温工作的InGaAs焦平面探测器在短波红外波段具有高灵敏度,将InGaAs探测器的光谱响应范围向可见波段拓展,实现可见-短波红外宽光谱InGaAs探测器,有望成为下一代微光成像装备的理想选择。本论文面向微光夜视的应用需求,主要研究了高量子效率可见-短波红外宽光谱InGaAs探测器的研制方法和不同种类InGaAs探测器的增透方法。针对微光夜视环境高质量成像的应用需求,本文首先详细介绍了InGaAs探测器的量子效率模型和测试方法,重点分析了影响宽光谱InGaAs探测器量子效率的关键因素:吸收层浓度、吸收层厚度以及接触层厚度。根据Silvaco软件模拟结果,创新性地提出了～10 nm厚度超薄接触层的InGaAs焦平面探测器器件结构。对DCA设备生长的该新型InGaAs外延材料进行了部分表征,如扫描电子显微镜（SEM）、室温光致发光（PL）谱以及X射线衍射（XRD）分析等,为制备高量子效率可见-短波红外宽光谱InGaAs探测器提供基... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 红外探测器及其发展趋势
    1.2 InGaAs探测器的研究进展
        1.2.1 InGaAs探测器的研究进展及其发展方向
        1.2.2 可见-短波红外InGaAs探测器的研究进展
    1.3 宽光谱广角度增透研究
        1.3.1 传统层状介质膜增透研究
        1.3.2 梯度渐变介质增透研究
        1.3.3 全介质材料亚波长结构增透研究
    1.4 本论文的研究目的和主要内容
第2章 宽光谱InGaAs探测器设计模拟
    2.1 引言
    2.2 量子效率模型
        2.2.1 量子效率理论模型
        2.2.2 量子效率测试方法
    2.3 材料结构对量子效率的影响
        2.3.1 InGaAs探测器材料结构介绍
        2.3.2 吸收层浓度与厚度对量子效率的影响
        2.3.3 接触层厚度对量子效率的影响
    2.4 宽光谱InGaAs探测器材料结构设计与表征
    2.5 小结
第3章 宽光谱InGaAs探测器的关键工艺与焦平面验证
    3.1 引言
    3.2 InGaAs探测器物理模型
        3.2.1 暗电流模型
        3.2.2 噪声模型
    3.3 宽光谱InGaAs探测器的关键工艺
        3.3.1 扩散工艺
        3.3.2 衬底剥离工艺
        3.3.3 接触层精确减薄工艺
    3.4 宽光谱InGaAs焦平面器件验证
        3.4.1 宽光谱InGaAs探测器的制备流程
        3.4.2 宽光谱InGaAs探测器性能分析
    3.5 小结
第4章 传统层状介质膜增透研究
    4.1 引言
    4.2 层状介质膜增透研究
        4.2.1 单层增透膜原理
        4.2.2 多层增透膜原理
    4.3 层状介质膜增透设计与单项实验
        4.3.1 宽光谱InGaAs探测器膜层设计
        4.3.2 InP衬底增透单项实验
    4.4 基于绒面层状介质膜的InGaAs焦平面增透研究
    4.5 小结
第5章 全介质材料亚波长结构增透研究
    5.1 引言
    5.2 亚波长结构增透机制
        5.2.1 梯度渐变纳米锥增透原理
        5.2.2 Mie共振原理
        5.2.3 FDTD仿真原理
        5.2.4 AFM测试原理
    5.3 亚波长结构制备方法
        5.3.1 纳米压印光刻技术
        5.3.2 电子束光刻技术
        5.3.3 胶体晶粒光刻技术
    5.4 梯度渐变纳米锥增透研究
        5.4.1 纳米锥增透效果模拟
        5.4.2 纳米锥制备工艺探索
    5.5 InP纳米柱阵列增透研究
        5.5.1 增透机制研究
        5.5.2 InP纳米柱结构尺寸优化
        5.5.3 InP纳米柱阵列制备工艺探索
        5.5.4 表面集成InP纳米柱阵列的InGaAs探测器研制
    5.6 小结
第6章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后期展望
参考文献
致谢
作者简介及攻读学位期间发表的学术论文及科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]碲镉汞雪崩焦平面器件[J]. 李浩,林春,周松敏,郭慧君,王溪,陈洪雷,魏彦锋,陈路,丁瑞军,何力.  红外与毫米波学报. 2019(05)
[3]电子束光刻制备Au线栅阵列及表征[J]. 谢莹.  信息记录材料. 2019(05)
[4]近红外增透薄膜的研究进展[J]. 左德堂,马超,赵乐然,刘俊成.  冶金与材料. 2019(01)
[5]中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器（英文）[J]. 何玮,李平,邵秀梅,曹高奇,于一榛,张亚光,邓双燕,杨波,李雪,李淘,龚海梅.  红外与毫米波学报. 2018(06)
[6]Short-wave infrared InGaAs photodetectors and focal plane arrays[J]. 张永刚,顾溢,邵秀梅,李雪,龚海梅,方家熊.  Chinese Physics B. 2018(12)
[7]高性能短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展[J]. 邵秀梅,龚海梅,李雪,方家熊,唐恒敬,李淘,黄松垒,黄张成.  红外技术. 2016(08)
[8]可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器[J]. 史衍丽,郭骞,李龙,邓功荣,杨绍培,范明国,刘文波.  红外与激光工程. 2015(11)
[9]可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器[J]. 杨波,邵秀梅,唐恒敬,邓洪海,李雪,魏鹏,王云姬,李淘,龚海梅.  红外与毫米波学报. 2015(03)
[10]第三代红外探测器的发展与选择[J]. 史衍丽.  红外技术. 2013(01)



本文编号：3631082