目前主流的微光夜視裝置主要裝配超二代、三代像增強器以及Si基器件,在可見-近紅外波段具有很高的靈敏度,但其光譜與大氣輝光的短波紅外不匹配,在無月光夜晚存在局限性。室溫工作的InGaAs焦平面探測器在短波紅外波段具有高靈敏度,將InGaAs探測器的光譜響應范圍向可見波段拓展,實現(xiàn)可見-短波紅外寬光譜InGaAs探測器,有望成為下一代微光成像裝備的理想選擇。本論文面向微光夜視的應用需求,主要研究了高量子效率可見-短波紅外寬光譜InGaAs探測器的研制方法和不同種類InGaAs探測器的增透方法。針對微光夜視環(huán)境高質(zhì)量成像的應用需求,本文首先詳細介紹了InGaAs探測器的量子效率模型和測試方法,重點分析了影響寬光譜InGaAs探測器量子效率的關鍵因素:吸收層濃度、吸收層厚度以及接觸層厚度。根據(jù)Silvaco軟件模擬結(jié)果,創(chuàng)新性地提出了～10 nm厚度超薄接觸層的InGaAs焦平面探測器器件結(jié)構(gòu)。對DCA設備生長的該新型InGaAs外延材料進行了部分表征,如掃描電子顯微鏡（SEM）、室溫光致發(fā)光（PL）譜以及X射線衍射（XRD）分析等,為制備高量子效率可見-短波紅外寬光譜InGaAs探測器提供基... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 紅外探測器及其發(fā)展趨勢
    1.2 InGaAs探測器的研究進展
        1.2.1 InGaAs探測器的研究進展及其發(fā)展方向
        1.2.2 可見-短波紅外InGaAs探測器的研究進展
    1.3 寬光譜廣角度增透研究
        1.3.1 傳統(tǒng)層狀介質(zhì)膜增透研究
        1.3.2 梯度漸變介質(zhì)增透研究
        1.3.3 全介質(zhì)材料亞波長結(jié)構(gòu)增透研究
    1.4 本論文的研究目的和主要內(nèi)容
第2章 寬光譜InGaAs探測器設計模擬
    2.1 引言
    2.2 量子效率模型
        2.2.1 量子效率理論模型
        2.2.2 量子效率測試方法
    2.3 材料結(jié)構(gòu)對量子效率的影響
        2.3.1 InGaAs探測器材料結(jié)構(gòu)介紹
        2.3.2 吸收層濃度與厚度對量子效率的影響
        2.3.3 接觸層厚度對量子效率的影響
    2.4 寬光譜InGaAs探測器材料結(jié)構(gòu)設計與表征
    2.5 小結(jié)
第3章 寬光譜InGaAs探測器的關鍵工藝與焦平面驗證
    3.1 引言
    3.2 InGaAs探測器物理模型
        3.2.1 暗電流模型
        3.2.2 噪聲模型
    3.3 寬光譜InGaAs探測器的關鍵工藝
        3.3.1 擴散工藝
        3.3.2 襯底剝離工藝
        3.3.3 接觸層精確減薄工藝
    3.4 寬光譜InGaAs焦平面器件驗證
        3.4.1 寬光譜InGaAs探測器的制備流程
        3.4.2 寬光譜InGaAs探測器性能分析
    3.5 小結(jié)
第4章 傳統(tǒng)層狀介質(zhì)膜增透研究
    4.1 引言
    4.2 層狀介質(zhì)膜增透研究
        4.2.1 單層增透膜原理
        4.2.2 多層增透膜原理
    4.3 層狀介質(zhì)膜增透設計與單項實驗
        4.3.1 寬光譜InGaAs探測器膜層設計
        4.3.2 InP襯底增透單項實驗
    4.4 基于絨面層狀介質(zhì)膜的InGaAs焦平面增透研究
    4.5 小結(jié)
第5章 全介質(zhì)材料亞波長結(jié)構(gòu)增透研究
    5.1 引言
    5.2 亞波長結(jié)構(gòu)增透機制
        5.2.1 梯度漸變納米錐增透原理
        5.2.2 Mie共振原理
        5.2.3 FDTD仿真原理
        5.2.4 AFM測試原理
    5.3 亞波長結(jié)構(gòu)制備方法
        5.3.1 納米壓印光刻技術
        5.3.2 電子束光刻技術
        5.3.3 膠體晶粒光刻技術
    5.4 梯度漸變納米錐增透研究
        5.4.1 納米錐增透效果模擬
        5.4.2 納米錐制備工藝探索
    5.5 InP納米柱陣列增透研究
        5.5.1 增透機制研究
        5.5.2 InP納米柱結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化
        5.5.3 InP納米柱陣列制備工藝探索
        5.5.4 表面集成InP納米柱陣列的InGaAs探測器研制
    5.6 小結(jié)
第6章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 后期展望
參考文獻
致謝
作者簡介及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]碲鎘汞雪崩焦平面器件[J]. 李浩,林春,周松敏,郭慧君,王溪,陳洪雷,魏彥鋒,陳路,丁瑞軍,何力.  紅外與毫米波學報. 2019(05)
[3]電子束光刻制備Au線柵陣列及表征[J]. 謝瑩.  信息記錄材料. 2019(05)
[4]近紅外增透薄膜的研究進展[J]. 左德堂,馬超,趙樂然,劉俊成.  冶金與材料. 2019(01)
[5]中心距10 μm截止波長2.6 μm的延伸波長InGaAs焦平面探測器（英文）[J]. 何瑋,李平,邵秀梅,曹高奇,于一榛,張亞光,鄧雙燕,楊波,李雪,李淘,龔海梅.  紅外與毫米波學報. 2018(06)
[6]Short-wave infrared InGaAs photodetectors and focal plane arrays[J]. 張永剛,顧溢,邵秀梅,李雪,龔海梅,方家熊.  Chinese Physics B. 2018(12)
[7]高性能短波紅外InGaAs焦平面探測器研究進展[J]. 邵秀梅,龔海梅,李雪,方家熊,唐恒敬,李淘,黃松壘,黃張成.  紅外技術. 2016(08)
[8]可見光拓展InP/InGaAs寬光譜紅外探測器[J]. 史衍麗,郭騫,李龍,鄧功榮,楊紹培,范明國,劉文波.  紅外與激光工程. 2015(11)
[9]可見增強的32×32元平面型InGaAs/InP面陣探測器[J]. 楊波,邵秀梅,唐恒敬,鄧洪海,李雪,魏鵬,王云姬,李淘,龔海梅.  紅外與毫米波學報. 2015(03)
[10]第三代紅外探測器的發(fā)展與選擇[J]. 史衍麗.  紅外技術. 2013(01)



本文編號：3631082