【摘要】：本文介紹了采用不同耦合結構將雙波段紅外輻射耦合到雙量子阱吸收區(qū),實現(xiàn)了雙波段紅外探測器設計。在研究雙波段量子阱紅外探測器(QWIP)機理和表面等離子體MIM微腔的基礎上,利用不同材料設計出不同結構耦合的雙波段QWIP,并對吸收效率、量子效率等性能參數(shù)進行分析,具體工作如下:1.MIM腔耦合雙波段量子阱設計與分析。在計算目標波段結構設計參數(shù)值的基礎上,設計三角形、正方形、扇形柵MIM腔和正方形、三角形孔MIM腔耦合的雙波段QWIP器件,分析性能參數(shù)隨結構形狀參數(shù)、材料參數(shù)變化的關系。結果表明,對比傳統(tǒng)45°角光耦合結構,三角形柵MIM腔耦合雙波段QWIP的光響應度在中波波段、長波波段分別提高近9倍、18倍。扇形柵MIM腔耦合雙波段QWIP的光響應度在中波波段、長波波段分別提高近8倍、25倍。2.石墨烯柵耦合雙波段QWIP設計與分析。在研究石墨烯等離激元色散關系及電導率等特性基礎上,設計石墨烯柵結構耦合的雙波段QWIP。分析石墨烯柵周期、納米帶寬度、材料屬性及環(huán)境材料屬性變化對石墨烯柵耦合雙波段QWIP的性能影響。結果表明,石墨烯柵耦合雙波段QWIP可在結構縮小30倍的基礎上光響應度在雙波段分別提高近8倍、11倍。3.石墨烯-金屬混合腔耦合的雙波段QWIP優(yōu)化設計與分析。利用金屬與石墨烯超材料等離子體效應的不同優(yōu)勢,設計石墨烯-金屬混合腔耦合雙波段QWIP,并分析金屬柵形狀參數(shù)、石墨烯柵形狀參數(shù)、材料參數(shù)等變化對石墨烯柵混合腔耦合與金屬柵混合腔耦合雙波段QWIP的性能影響。結果表明,石墨烯柵混合腔耦合雙波段在結構縮小近30倍的基礎上雙波段光響應率分析提高12倍、9倍,金屬柵混合腔耦合雙波段QWIP在將MIM腔耦合結構縮小近5.5倍的基礎上雙波段光響應率分析提高9倍、26倍,實現(xiàn)器件小尺寸、高響應度探測。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN215
【圖文】：

耦合結構 耦合單一波段 滿足雙波段耦合的結構紅外吸收區(qū) 單 QWs 區(qū) 雙 QWs 區(qū)隔離區(qū) 無 有極性 單極性雙集成結構為相同或相反極性從表 2.1 可知，在進行雙波段 QWIP 結構設計時可根據(jù)目標探測波段首先進行波段 QWs 區(qū)域參數(shù)計算與設計，而后將兩部分集合到一個結構上實現(xiàn)雙波段探測2.2.2 光耦合結構根據(jù)量子阱工作原理可知量子阱無法吸收垂直入射紅外輻射[37]，需通過光耦合構改變紅外輻射方向，產生平行于量子阱生長方向的光電場分量來激發(fā)光子吸收。前主要采用的耦合方式包括 45°磨角耦合器件、隨機反射耦合、傳統(tǒng)光柵耦合、面等離微腔耦合等[1; 14; 28; 38]，如圖 2.4 所示。

圖 2.3 雙波段 QWIP 器件 3D 示意圖可利用QWIP躍遷原理分別優(yōu)均得到目標探測峰值波長[33]。QWIP 有很多相似之處，但又有 雙波段 QWIP 與單波段 QWIP單波段 QWIP 單一 2 個 耦合單一波段 滿 單 QWs 區(qū) 無 單極性雙

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本文編號：2737409