寬帶量子阱紅外探測(cè)器（QWIP）的研究.pdf

1、GaAs／Al<,1-x>Ga<,1-x>As量子阱紅外探測(cè)器由于其靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)波長(zhǎng)范圍可調(diào)，器件性能均勻一致性好，有利于制成二維焦平面陣列等優(yōu)點(diǎn)，因而，近十多年來(lái)，量子阱紅外探測(cè)器的研究取得了迅速發(fā)展。然而量子阱紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)帶寬較窄，這種紅外探測(cè)器用于熱成像時(shí)，則有些波長(zhǎng)的光信號(hào)將被丟失，而會(huì)影響熱成像質(zhì)量。因此，增加量子阱紅外探測(cè)器的光譜響應(yīng)帶寬是一個(gè)重要研究課題。為解決這一問(wèn)題，本工作從理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了較系

2、統(tǒng)的研究，其論文主要內(nèi)容包括： 根據(jù)電子干涉模型，計(jì)算了GaAs／AlGaAs多量子阱結(jié)構(gòu)的子能級(jí)位置，理論計(jì)算指出：多量子阱結(jié)構(gòu)勢(shì)壘以上存在著由電子干涉形成的傳導(dǎo)態(tài)和定域態(tài)。處于傳導(dǎo)態(tài)上的電子，在多量子阱結(jié)構(gòu)中可沿與界面垂直方向輸運(yùn)，而處于定域態(tài)上的電子，基本限制在GaAs阱層中，難以在整個(gè)多量子阱結(jié)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)。并將此理論結(jié)果與K.P模型的計(jì)算結(jié)果作了比較。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量了GaAs／AlGaAs多量子阱結(jié)構(gòu)的光電流譜，觀察到

3、許多電流峰，并且將此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值相當(dāng)好的一致。 多量子阱結(jié)構(gòu)勢(shì)壘以上傳導(dǎo)態(tài)與定域態(tài)分別構(gòu)成傳導(dǎo)微帶與定域微帶，這些微帶具有一定寬度。在外加電場(chǎng)作用下，這些傳導(dǎo)微帶按周期依次錯(cuò)開，形成Wannier-Stark階梯。當(dāng)存在光激發(fā)時(shí)，量子阱中的電子不僅可以豎直躍遷到其上各傳導(dǎo)微帶，而且還可以非豎直躍遷到其鄰近阱上的各傳導(dǎo)微帶，在外電場(chǎng)作用下形成相應(yīng)的光電流峰。 改變多量子阱結(jié)構(gòu)的勢(shì)

4、壘寬度，可引起勢(shì)壘以上各傳導(dǎo)微帶之間的能量間隔變化。當(dāng)勢(shì)壘寬度較窄時(shí)，各傳導(dǎo)微帶之間能量間隔較大，形成的各光電流峰之間的間距較大，彼此不交迭，光譜帶寬較窄；適當(dāng)增大勢(shì)壘寬度，各傳導(dǎo)微帶之間的能量間隔相應(yīng)變小，使形成的各光電流峰之間的問(wèn)距變小而相互交迭，結(jié)果使光譜帶寬展寬。采取恰當(dāng)?shù)睦碚撛O(shè)計(jì)，可選取最佳勢(shì)壘寬度，使量子阱紅外探測(cè)器的光譜帶寬達(dá)到最大值。本工作己設(shè)計(jì)并制出的量子阱紅外探測(cè)器光譜帶寬達(dá)到△λ／λp=45％，較通常的電子由束縛態(tài)