量子阱紅外探測(cè)器及紅外材料光電性能的研究.pdf

1、GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器(QWIP)的研制，是目前紅外材料和器件研究方面的一個(gè)熱點(diǎn)。量子阱紅外探測(cè)囂的發(fā)展歷程，實(shí)際上就是，通過(guò)不斷改進(jìn)量子阱材料阱寬、壘寬以及AlGaAs中Al組分含量等參數(shù)，從而改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，以滿足探測(cè)需要的過(guò)程。 本論文主要對(duì)GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器的光電性質(zhì)進(jìn)行了理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)還研究了GaAs/AlGaAs量子阱材料的光學(xué)性質(zhì)和新型紅外晶體鈮酸鈣鋇單晶的光學(xué)性質(zhì)

2、。主要內(nèi)容如下： (1)采用K-P模型和量子干涉模型研究了量子阱材料結(jié)構(gòu)參數(shù)和器件性能的關(guān)系。結(jié)果表明隨著勢(shì)壘寬度的增加，材料結(jié)構(gòu)從超晶格逐漸過(guò)渡到量子阱；探測(cè)器的峰值波長(zhǎng)隨阱寬和勢(shì)壘中鋁組分的增加而減小。 (2)采用橢圓偏振光譜法對(duì)摻鉻的半絕緣GaAs襯底和GaAs/AlGaAs量子阱材料的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。通過(guò)選取不同的模型，計(jì)算獲得了兩種材料的光學(xué)參數(shù)如折射率，消光系數(shù)和介電函數(shù)等隨入射光子能量的變化關(guān)系曲線。從

3、襯底的曲線中，觀察到摻鉻后GaAs的光學(xué)參數(shù)與本征GaAs相比沒(méi)有太大變化，只是折射率和介電常數(shù)有所下降。從量子阱材料曲線中，觀察到反映量子限制效應(yīng)的帶間躍遷，即對(duì)應(yīng)電子從重空穴態(tài)到電子態(tài)的躍遷。此外與體材料相比，量子阱材料的折射率和消光系數(shù)減小了。 (3)根據(jù)量子阱紅外探測(cè)器探測(cè)波長(zhǎng)的要求，選擇了符合要求的材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)如AlGaAs/GaAs量子阱的阱寬，壘寬、鋁的組分以及阱層的摻雜濃度等并利用分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)了符合設(shè)計(jì)要

4、求的材料。測(cè)量了GaAs/AlGaAs量子阱材料的紅外吸收光譜和光電流譜，比較了理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的器件的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)，分析了器件暗電流的形成原因，模擬了器件的暗電流特性，為材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善器件性能奠定了基礎(chǔ)。 (4)我們將GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器與目前用的最多的HgCdTe紅外探測(cè)器的性能進(jìn)行了比較，分析了兩種不同類型探測(cè)器的工作原理，限制性因素，給出了兩種探測(cè)器在制作大面積紅外焦平面器件方面的長(zhǎng)處和不足

5、。 (5)對(duì)室溫下鈮酸鈣鋇單晶的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。分別用分光光度計(jì)和橢偏光譜儀測(cè)量了鈮酸鈣鋇晶體的透射率和折射率隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系，結(jié)果表明鈮酸鈣鋇晶體具有正常色散關(guān)系，并且尋常光折射率no大于異常光折射率ne，說(shuō)明該晶體為負(fù)的單軸晶。折射率之差在短波區(qū)達(dá)到0.12。透射率光譜顯示該晶體在400nm到900nm波段是透明的。根據(jù)透射率計(jì)算了該波段晶體的吸收系數(shù)以及它的平方根。通過(guò)對(duì)該曲線的研究，發(fā)現(xiàn)鈮酸鈣鋇晶體吸收邊以下對(duì)應(yīng)的躍