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甚长波量子阱红外探测器中的双激发态工作机理

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红外与毫米波学报 2015年第1期34卷 14-22页

作者：刘希辉周孝好王禄孙庆灵廖开升黄亮李志锋李宁中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 中国科学院物理研究所北京100080

通过对甚长波量子阱红外探测器的变温变偏压光谱实验,发现了光电流谱峰值响应波长与半高宽随偏置电压和温度变化均会发生变化,尤其以小偏压下峰值移动明显.结合器件能带结构计算的结果,提出了甚长波量子阱红外探测器中双激发态工作模型... 详细信息

通过对甚长波量子阱红外探测器的变温变偏压光谱实验,发现了光电流谱峰值响应波长与半高宽随偏置电压和温度变化均会发生变化,尤其以小偏压下峰值移动明显.结合器件能带结构计算的结果,提出了甚长波量子阱红外探测器中双激发态工作模型,并阐明了其中束缚态-准束缚态跃迁模式中准束缚态的物理特性,包括隧穿特性和热离化特性,以及不同工作条件下这两种物理过程在形成光电流时的主导性.同时,验证了甚长波量子阱红外探测器件的第一激发态随外界工作条件的变化会呈现出准束缚到准连续的变化特性.最后,揭示了在甚长波量子阱红外探测器工作中束缚态-准束缚态跃迁工作模式对于降低器件暗电流、提升器件工作温度、提高器件探测率的有效性.

关键词：甚长波量子阱红外探测器准束缚态准连续态探测率

Al原子在Si表面扩散动力学的第一性原理研究

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物理学报 2019年第20期68卷 268-276页

作者：张恒黄燕石旺舟周孝好陈效双中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 上海师范大学数理学院上海200234

为了更好地在Si衬底上外延生长GaN薄膜,需要先生长缓冲层(如AlN),其中能否对起始的金属Al层实现可控生长,将决定最终外延层的材料质量.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,理论上模拟计算了金属Al原子分别在清洁的、H原子和Cl原... 详细信息

为了更好地在Si衬底上外延生长GaN薄膜,需要先生长缓冲层(如AlN),其中能否对起始的金属Al层实现可控生长,将决定最终外延层的材料质量.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,理论上模拟计算了金属Al原子分别在清洁的、H原子和Cl原子钝化的Si(100)及Si(111)表面的吸附及扩散动力学行为.研究结果显示,在清洁的Si(100)表面上, Al原子易于吸附在沟槽中Tr位点,沿沟槽呈曲折状扩散;在H钝化、Cl钝化的Si(100)表面上, Al原子易于吸附在二聚体列顶部的H位置,在二聚体列顶部沿直线扩散.在不同方式处理的Si(111)表面, Al原子的最稳定吸附位置相同,均易吸附于第二层Si原子的Top位(T4位点),扩散路径类似,均沿T4到H3 (空心位点)的路径扩散.无论是Si(100)还是Si(111)表面, H钝化、Cl钝化处理Si表面均有效降低Al原子的扩散能垒,使Al原子更容易在二维表面上扩散,并通过吸附能的比较以及差分电荷密度图分析,讨论了不同Si表面状态对金属Al原子吸附和扩散行为调制的物理机制.

关键词： Si表面 Al 密度泛函理论吸附扩散

掺杂对金属-MoS2界面性质调制的第一性原理研究

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物理学报 2017年第11期66卷 320-327页

作者：陶鹏程黄燕周孝好陈效双陆卫中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了卤族元素掺杂对金属-MoS_2界面性质的影响,包括缺陷形成能、电子能带结构、差分电荷密度以及电荷布居分布.计算结果表明:卤族元素原子倾向于占据单层MoS_2表面的S原子位置;对于单... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了卤族元素掺杂对金属-MoS_2界面性质的影响,包括缺陷形成能、电子能带结构、差分电荷密度以及电荷布居分布.计算结果表明:卤族元素原子倾向于占据单层MoS_2表面的S原子位置;对于单层MoS_2而言,卤族元素的掺杂将在禁带中引入杂质能级以及导致费米能级位置的移动.对于金属-MoS_2界面体系,结合Schottky-Mott模型,证明了卤族元素的掺杂可以有效地调制金属-MoS_2界面间的肖特基势垒高度.发现F和Cl原子的掺杂将会降低体系的肖特基势垒高度.相比之下,Br和I原子的掺杂却增大了体系的肖特基势垒高度.通过差分电荷密度和布居分布的分析,阐明了肖特基势垒高度的被调制是因为电荷转移形成的界面偶极矩的作用导致.研究结果解释了相关实验现象,并给二维材料的器件化应用提供了调节手段.

关键词：肖特基势垒二硫化钼掺杂密度泛函理论

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阻挡杂质带红外探测器中的界面势垒效应

物理学报 2015年第22期64卷 366-372页

作者：廖开升李志锋李梁王超周孝好戴宁李宁中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

通过变温暗电流和变偏压光电流谱实验对阻挡杂质带红外探测器的跃迁机理和输运特性进行了研究.结合器件能带结构计算的结果,证明了在阻挡杂质带红外探测器中主要由导带底下移效应引起的界面势垒的存在.提出了阻挡杂质带红外探测器的双... 详细信息

通过变温暗电流和变偏压光电流谱实验对阻挡杂质带红外探测器的跃迁机理和输运特性进行了研究.结合器件能带结构计算的结果,证明了在阻挡杂质带红外探测器中主要由导带底下移效应引起的界面势垒的存在.提出了阻挡杂质带红外探测器的双激发工作模型,并从变偏压光电流谱中成功地分离出了与这两种物理过程所对应的光谱峰,进一步证实了器件的能带结构.研究了界面势垒效应对阻挡杂质带红外探测器的光电流谱、响应率和内量子效率的影响.研究表明,考虑进界面势垒效应,计算得到的器件响应率与实验值符合得很好.同时发现阻挡杂质带红外探测器中内建电场的存在等效降低了发生碰撞电离增益所需的临界电场强度.

关键词：界面势垒阻挡杂质带红外探测器光电流谱暗电流

长波碲镉汞p型掺杂机理和器件低频噪声研究进展

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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第2期51卷 2-12页

作者：周孝好夏辉王子言黄燕陈效双中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

针对长波碲镉汞红外焦平面器件发展的需求,本文分别从材料的p型掺杂机理和器件的低频噪声两个方面概述了相关的研究进展.(1)理论上修正了经典的As掺杂p型激活模型,并提出了新的激活模型,即以复合缺陷(Te_(Hg)-V_(Hg))主导下的As迁移,最... 详细信息

针对长波碲镉汞红外焦平面器件发展的需求,本文分别从材料的p型掺杂机理和器件的低频噪声两个方面概述了相关的研究进展.(1)理论上修正了经典的As掺杂p型激活模型,并提出了新的激活模型,即以复合缺陷(Te_(Hg)-V_(Hg))主导下的As迁移,最终形成AsTe2复合体而表现为p型.(2)理论上解释了Au原子在碲镉汞材料中呈现快扩散特性,是由间隙扩散机制所导致的,提出了通过Au杂质与Hg空位的相互作用,以Hg空位作为介质来调控Au杂质浓度分布的方法,可以实现可控的p型掺杂,并被实验所验证.(3)搭建了高灵敏低频噪声的测试系统,结合器件性能仿真,构建了低频噪声的分析评价方法,并研究了长波碲镉汞器件低频噪声与器件暗电流之间的关联性.

关键词：碲镉汞掺杂暗电流噪声

用于远红外探测的Si:P阻挡杂质带红外探测器研制

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红外与毫米波学报 2016年第1期35卷 37-41页

作者：廖开升李志锋王超李梁周孝好李宁戴宁中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

提出了全外延技术方案制备阻挡杂质带薄膜,避免了离子注入制备背电极层影响外延薄膜质量的技术难点.基于硅器件工艺设计制作了Si：P阻挡杂质带红外探测器.测量了器件的光电流响应谱和暗电流特性曲线,指认了叠加在光电流响应谱上的尖锐... 详细信息

提出了全外延技术方案制备阻挡杂质带薄膜,避免了离子注入制备背电极层影响外延薄膜质量的技术难点.基于硅器件工艺设计制作了Si：P阻挡杂质带红外探测器.测量了器件的光电流响应谱和暗电流特性曲线,指认了叠加在光电流响应谱上的尖锐杂质峰对应阻挡层中磷原子的杂质跃迁.研究了器件在低温下小偏压范围内的暗电流起源.通过对计算结果分析,排除了该区域暗电流起源于热激发电导和跳跃式电导的可能,指出暗电流来自器件对冷屏的光电响应.器件工作温度5 K,工作偏压1.6 V时,响应波段覆盖2.5-40μm,峰值波长28.8μm,峰值响应率20.1 A/W,峰值探测率3.7×10^13cm·Hz1/2/W（背景光子通量低于1013ph/cm^2·s）.

关键词：阻挡杂质带暗电流远红外太赫兹

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粗糙铝表面光谱偏振BRDF的测量与建模

河南师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 113-118,I0004-I0006页

作者：刘彦磊刘子龙周孝好中国计量科学研究院国家计量科学数据与能源计量中心北京100029 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

金属铝在航空航天、军事国防、电子通信等领域具有重要应用,对铝材料表面光谱偏振散射特性的研究有助于丰富材料的光学信息,能够为铝材料的应用提供数据支撑.首先基于一套传统双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution ... 详细信息

金属铝在航空航天、军事国防、电子通信等领域具有重要应用,对铝材料表面光谱偏振散射特性的研究有助于丰富材料的光学信息,能够为铝材料的应用提供数据支撑.首先基于一套传统双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)测量装置在近红外波段测量了粗糙铝表面的光谱偏振BRDF,并分析了入射天顶角、粗糙度等因素对测量结果的影响.测量结果表明:入射角、波长、偏振态和表面粗糙度对BRDF有显著影响.其次,分别采用Beckmann分布和指数分布概率密度分布函数建立了BRDF模型,并对实验结果进行了拟合.通过对比能够发现:对于同一样品和相同入射条件,不同的模型能够得到不同的拟合结果;对于不同粗糙度的样品采用不同的模型可能得到更好的拟合结果.

关键词：光谱偏振铝粗糙度近红外双向反射分布函数模型

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非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 7-14页

作者：苏家平周孝好唐舟范柳燕夏顺吉陈平平陈泽中上海理工大学材料与化学学院上海200093 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变... 详细信息

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合能谱仪(EDS)对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪(SIMS)对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降(约一个数量级)。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下(B-QB)的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

关键词：非均匀量子阱高分辨电镜二次离子质谱暗电流

等离激元微腔耦合长波红外量子阱高消光比偏振探测器(特邀)

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红外与激光工程 2021年第1期50卷 42-51页

作者：李志锋李倩景友亮周玉伟周靖陈平平周孝好李宁陈效双陆卫中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083

长波红外偏振探测器能够大幅提升对热成像目标的识别能力。受制于衍射极限的物理限制,目前的微线栅偏振片型长波红外偏振探测器的偏振消光比基本上只能做到最高10∶1左右。文中采用金属/介质/金属的等离激元微腔结构,将量子阱红外探测... 详细信息

长波红外偏振探测器能够大幅提升对热成像目标的识别能力。受制于衍射极限的物理限制,目前的微线栅偏振片型长波红外偏振探测器的偏振消光比基本上只能做到最高10∶1左右。文中采用金属/介质/金属的等离激元微腔结构,将量子阱红外探测激活层相嵌在微腔之中。由于上、下金属之间的近场耦合形成了在双层金属区域的横向法布里-珀罗共振模式,构成等离激元微腔。文中利用微腔的模式选择特性及其与量子阱子带间跃迁的共振耦合,将量子阱子带跃迁不能直接吸收的垂直入射光耦合进入等离激元微腔并转变为横向传播,从而能够被量子阱子带吸收,实现了在长波红外13.5μm探测波长附近偏振消光比大于100∶1的结果。相关工作为发展我国高消光比长波红外偏振成像焦平面提供了全新的物理基础和技术路径。

关键词：等离激元微腔长波红外量子阱红外探测器偏振消光比

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