光是傳遞信息的重要載體,光電探測器的出現(xiàn)為人類記錄和傳輸信號提供了全新方法。雙波段探測器是光電探測領(lǐng)域的重要研究方向之一,能抑制復(fù)雜背景對光電探測的影響,提升探測準(zhǔn)確率,在軍事、安防、遙感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。新材料新機理的發(fā)現(xiàn)是光電探測器發(fā)展的動力。近年來,低維材料的出現(xiàn),特別是由其量子限域?qū)傩运鶝Q定的特殊光電性能,為紅外探測領(lǐng)域注入了新的活力。石墨烯是理想的光電探測材料,石墨烯因其高載流子遷移率可作為光生載流子的高速傳輸通道,零帶隙特性使得其可吸收的光譜范圍覆蓋了整個紫外至遠(yuǎn)紅外波段,良好的加工性使它易于和傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料形成范德瓦爾斯接觸,構(gòu)建石墨烯疊層結(jié)構(gòu);然而,石墨烯較低吸收率對其響應(yīng)度造成了明顯的限制。雖然研究人員提出了通過提升增益的方式提高其響應(yīng)度,但是通常以犧牲響應(yīng)速度為代價。為此,本論文基于石墨烯與高遷移率材料的疊層結(jié)構(gòu)器件,研究了該器件的光電轉(zhuǎn)化和載流子輸運機制,同時提升了響應(yīng)度和響應(yīng)速度;發(fā)展了石墨烯基三明治結(jié)構(gòu)雙波段探測器,引入了兩個波段的增益,提出了新的雙波段信號提取方法,并基于該方法開展了探測性能提升的探索。具體研究成果如下:（1）針對目前石墨烯疊層光電探測... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院)重慶市

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

電磁輻射頻譜圖(圖片源于必應(yīng)網(wǎng))

石墨烯疊層結(jié)構(gòu)光電響應(yīng)特性與雙波段探測方法研究2信號(近紅外0.75~2.5μm，中紅外2.5~25μm，遠(yuǎn)紅外25~1000μm)直接或者間接地轉(zhuǎn)化為便于用電壓、電流或者電阻等電學(xué)指標(biāo)檢測的電信號，是紅外探測系統(tǒng)的核心元器件。紅外探測器依據(jù)探測的目標(biāo)波段分為近紅外探測器、中紅外探測器和遠(yuǎn)紅外探測器三種。此外，紅外探測一般在大氣環(huán)境中進(jìn)行，而大氣中的H2O、CO2、O2、O3等氣體對一些特定波段的紅外輻射有較強的吸收，吸收較弱的紅外波段便構(gòu)成了“大氣窗口”；通過對大氣窗口的分析和利用，對不同環(huán)境中的紅外探測具有重要的指導(dǎo)意義，如大氣中的紅外探測主要針對大氣中透射率較高的波段范圍進(jìn)行，而大氣層外的紅外探測可以針對所有波段進(jìn)行；在大氣層外探測到“非大氣窗口”的紅外信號往往由飛出大氣層的物體發(fā)出，該部分紅外波段的精準(zhǔn)探測，對大氣層外飛行物的軍事追蹤打擊具有重要意義。大氣對紅外光譜的吸收率如圖1.2所示，大氣主要透射的紅外波段為2~2.6μm、3~5μm、8~14μm，紅外探測領(lǐng)域中的大多數(shù)紅外探測器主要針對三個波段進(jìn)行探測。紅外探測及相關(guān)技術(shù)通常應(yīng)用于夜視紅外成像、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、軍事探測、氣象分析、航空航天遙感探測、溫度分布檢測、醫(yī)療檢測等各個領(lǐng)域[1-6]，如圖1.3所示。紅外探測在航空航天、軍事和前沿科技科研領(lǐng)域占據(jù)重要地位，該方面的突出成就和技術(shù)積累在一定程度上決定了一個國家的軍事和科技實力。圖1.2大氣透射光譜(圖片源于維基百科)Figure1.2Infraredatmosphericwindow(ThepicturesfromWikipedia.org)

第1章緒論3圖1.3紅外探測的應(yīng)用領(lǐng)域：(a)熱成像；(b)溫度檢測；(c)導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)；(d)醫(yī)療檢測；(e)軍事偵探；(f)氣象檢測；(g)夜視儀(圖片源于百度網(wǎng))Figure1.3Applicationareasofinfrareddetection:(a)Thermalimaging;(b)Temperaturedetection;(c)Missileguidance;(d)Medicaldetection;(e)Militarydetectives;(f)Weatherdetection;(g)Nightvision(Thepicturesfromwww.baidu.com)1.1.2光電探測器工作機理自19世紀(jì)光電探測理論的提出以來，光電探測器先后經(jīng)歷了以熱電偶探測、熱電堆探測為代表的熱探測；以光電導(dǎo)探測器和光伏探測器等為代表的光子型探測器[6,7]。隨著材料的發(fā)展，探測機理又進(jìn)一步細(xì)分，如測輻射熱計、熱釋電效應(yīng)、低維光電探測器的光誘導(dǎo)局域場調(diào)控效應(yīng)等。具體來說：(1)光子型探測器的探測機理主要是基于光生電子空穴對，而依據(jù)光生載流子的作用又可以分為光電導(dǎo)型和光伏型。a)光電導(dǎo)型探測器機理：當(dāng)入射的光能量等于或者大于半導(dǎo)體的禁帶寬度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于石墨烯的紅外探測機理與器件結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J]. 楊旗,申鈞,魏興戰(zhàn),史浩飛.  紅外與激光工程. 2020(01)
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[3]星載空間目標(biāo)可見光探測系統(tǒng)探測能力研究[J]. 李鋒,董峰.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2016(23)
[4]320×256元InAs/GaSb II類超晶格中波紅外雙色焦平面探測器[J]. 白治中,徐志成,周易,姚華城,陳洪雷,陳建新,丁瑞軍,何力.  紅外與毫米波學(xué)報. 2015(06)
[5]光電探測技術(shù)在火控系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 陸君,呂彤光.  紅外與激光工程. 2012(04)
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博士論文
[1]低噪聲近紅外InGaAs焦平面探測器研究[D]. 于春蕾.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所) 2019
[2]光電遠(yuǎn)程快速探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 曾欽勇.電子科技大學(xué) 2018
[3]石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器性能研究[D]. 朱淼.清華大學(xué) 2015

碩士論文
[1]基于石墨烯墻的光電探測器[D]. 張輝.電子科技大學(xué) 2018



本文編號：2993352