【摘要】：本文介紹了采用不同耦合結(jié)構(gòu)將雙波段紅外輻射耦合到雙量子阱吸收區(qū),實(shí)現(xiàn)了雙波段紅外探測器設(shè)計(jì)。在研究雙波段量子阱紅外探測器(QWIP)機(jī)理和表面等離子體MIM微腔的基礎(chǔ)上,利用不同材料設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)耦合的雙波段QWIP,并對吸收效率、量子效率等性能參數(shù)進(jìn)行分析,具體工作如下:1.MIM腔耦合雙波段量子阱設(shè)計(jì)與分析。在計(jì)算目標(biāo)波段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)值的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)形狀參數(shù)、材料參數(shù)變化的關(guān)系。結(jié)果表明,對比傳統(tǒng)45°角光耦合結(jié)構(gòu),三角形柵MIM腔耦合雙波段QWIP的光響應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)與分析。在研究石墨烯等離激元色散關(guān)系及電導(dǎo)率等特性基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)石墨烯柵結(jié)構(gòu)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(jié)果表明,石墨烯柵耦合雙波段QWIP可在結(jié)構(gòu)縮小30倍的基礎(chǔ)上光響應(yīng)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(shè)計(jì)與分析。利用金屬與石墨烯超材料等離子體效應(yīng)的不同優(yōu)勢,設(shè)計(jì)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(jié)果表明,石墨烯柵混合腔耦合雙波段在結(jié)構(gòu)縮小近30倍的基礎(chǔ)上雙波段光響應(yīng)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(jié)構(gòu)縮小近5.5倍的基礎(chǔ)上雙波段光響應(yīng)率分析提高9倍、26倍,實(shí)現(xiàn)器件小尺寸、高響應(yīng)度探測。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN215
【圖文】：

耦合結(jié)構(gòu) 耦合單一波段 滿足雙波段耦合的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為相同或相反極性從表 2.1 可知，在進(jìn)行雙波段 QWIP 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時可根據(jù)目標(biāo)探測波段首先進(jìn)行波段 QWs 區(qū)域參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)，而后將兩部分集合到一個結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)雙波段探測2.2.2 光耦合結(jié)構(gòu)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(gòu)改變紅外輻射方向，產(chǎn)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(jī)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(biāo)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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2737409