本文關(guān)鍵詞：新型太赫茲探測物理及器件研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：太赫茲波(THz)探測是太赫茲物理及其應(yīng)用領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)研究內(nèi)容,太赫茲波探測技術(shù)在成像、遙感、安檢、生物醫(yī)學(xué)和通信等領(lǐng)域的日益發(fā)展對高性能太赫茲探測元器件研究提出了更高要求。室溫工作、快速響應(yīng)、探測靈敏度高,便于大規(guī)模陣列集成的太赫茲探測技術(shù)是目前太赫茲領(lǐng)域亟需發(fā)展的方向。本文圍繞太赫茲波探測物理,提出了一種室溫下的新型光電導(dǎo)性物理機(jī)制,并進(jìn)一步導(dǎo)出了基于此機(jī)制室溫下高性能太赫茲探測的理論模型。通過摸索半導(dǎo)體器件制備工藝,分別基于窄禁帶半導(dǎo)體碲鎘汞(Hg Cd Te)和銦鎵砷(In Ga As)材料制作出了相應(yīng)太赫茲探測器件。通過搭建多個測試平臺,對器件進(jìn)行了太赫茲波段性能測試。本文還初步探索了紅外、亞太赫茲波段的被動掃描成像,實(shí)現(xiàn)了多頻段兼容不同類型成像探測器的被動成像。此外,本文也對基于N-Ga Sb/n-In As Sb的異質(zhì)結(jié)紅外光子探測器進(jìn)行了初步研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.從電磁場的基本理論出發(fā),結(jié)合亞波長金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu),提出了一種新型室溫下的光電導(dǎo)性現(xiàn)象,該物理機(jī)制突破了傳統(tǒng)帶間躍遷、帶內(nèi)躍遷、雜質(zhì)能級躍遷產(chǎn)生光電導(dǎo)率的限制,使得高效率低能量光子探測成為可能。2.基于窄禁帶半導(dǎo)體碲鎘汞(Hg Cd Te)材料,實(shí)驗(yàn)上制作并測試了不同尺寸金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)在不同入射電磁波頻率下的光電導(dǎo)性,驗(yàn)證了室溫下,由低能量光子所產(chǎn)生的光電導(dǎo)性機(jī)制。3.基于本文所提出的室溫下光電導(dǎo)性機(jī)制,進(jìn)一步導(dǎo)出了該機(jī)制用于太赫茲探測的物理模型。利用COMSOL和HFSS等軟件對器件進(jìn)行了相關(guān)定性和定量模擬計(jì)算。探索了窄禁帶半導(dǎo)體Hg Cd Te和In Ga As器件制作工藝,制作出了基于該兩種材料的太赫茲波段探測器件。4.搭建了器件性能測試系統(tǒng),利用雪崩二極管源(IMPATT)等測試了器件響應(yīng)性能。利用傅里葉光譜儀(FTIR)測試了器件在太赫茲波段頻譜響應(yīng)特性。獲得了Hg Cd Te太赫茲探測器在太赫茲波段等效噪聲功率(NEP)和探測率(D*)等參數(shù),器件性能優(yōu)于其它常用室溫類型太赫茲探測器2-3個數(shù)量級,MCT器件響應(yīng)時間至少優(yōu)于1μs。5.初步探索了紅外、亞太赫茲波段被動成像,利用擺鏡掃描的被動成像系統(tǒng),兼容不同類型的探測器(商用Ga As P-N結(jié)94 GHz探測器、商用熱電堆探測器、自制Mn1.56Co0.96Ni0.48O4(MCN)測熱輻射計(jì)和氧化釩(VO2)測熱輻射計(jì)),實(shí)現(xiàn)了從紅外波段到亞太赫茲波段的被動掃描多頻段成像。6.初步探索了N-Ga Sb/n-In As Sb異質(zhì)結(jié)紅外光子探測器,實(shí)驗(yàn)制作并測試了器件在不同偏壓,不同溫度下的頻譜響應(yīng),該器件表現(xiàn)出了基于Ga Sb吸收和In As Sb吸收的近、中紅外雙色室溫光子探測性能。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 光電導(dǎo)性 探測器 碲鎘汞 銦鎵砷 成像 異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN215
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-31
• 1.1 太赫茲輻射特性及其應(yīng)用12-17
• 1.2 太赫茲探測方法17-23
• 1.2.1 太赫茲光學(xué)和電學(xué)探測18-19
• 1.2.2 太赫茲直接和間接探測19-21
• 1.2.3 太赫茲熱探測21-23
• 1.3 新型太赫茲探測23-26
• 1.4 太赫茲探測技術(shù)的比較26
• 1.5 本文研究意義與內(nèi)容26-27
• 參考文獻(xiàn)27-31
• 第二章 基于金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)的室溫光電導(dǎo)性31-65
• 2.1 光子探測32-39
• 2.1.1 光電導(dǎo)型33-35
• 2.1.2 光伏型（PN結(jié)構(gòu), PIN結(jié)構(gòu)）35-36
• 2.1.3 非本征光電導(dǎo)型36-37
• 2.1.4 肖特基結(jié)37-39
• 2.2 熱探測39-41
• 2.3 光電導(dǎo)性理論模型41-45
• 2.4 理論計(jì)算45-50
• 2.4.1 載流子濃度改變 Dn與f的關(guān)系45-46
• 2.4.2 載流子濃度改變 Dn與a的關(guān)系46-47
• 2.4.3 載流子濃度改變 Dn與器件接收功率P的關(guān)系47-48
• 2.4.4 載流子濃度改變與半導(dǎo)體材料厚度d的關(guān)系48-49
• 2.4.5 極限情況49-50
• 2.5 基于碲鎘汞材料的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)50-62
• 2.5.1 材料表征及結(jié)構(gòu)制備50-51
• 2.5.2 光電導(dǎo)性測試51-58
• 2.5.3 熱效應(yīng)影響58-60
• 2.5.4 COMSOL計(jì)算60-62
• 2.6 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 第三章 窄禁帶半導(dǎo)體碲鎘汞太赫茲探測65-86
• 3.1 探測理論模型66-67
• 3.2 窄禁帶半導(dǎo)體碲鎘汞太赫茲探測器件67-73
• 3.2.1 碲鎘汞材料67-68
• 3.2.2 器件制備68-73
• 3.3 實(shí)驗(yàn)測試73-77
• 3.3.1 器件I-V特性測試73-74
• 3.3.2 器件電壓響應(yīng)測試74-76
• 3.3.3 頻譜響應(yīng)測試76-77
• 3.4 與其它類型器件截止頻率比較77-81
• 3.5 COMSOL計(jì)算81-83
• 3.6 本章小結(jié)83-84
• 參考文獻(xiàn)84-86
• 第四章 窄禁帶半導(dǎo)體銦鎵砷太赫茲探測86-98
• 4.1 材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制作86-91
• 4.1.1 材料結(jié)構(gòu)86-87
• 4.1.2 器件制備87-91
• 4.2 器件測試91-95
• 4.2.1 器件I-V特性測試91-93
• 4.2.2 器件響應(yīng)性能測試93-95
• 4.3 COMSOL分析95-97
• 4.4 本章小結(jié)97
• 參考文獻(xiàn)97-98
• 第五章 紅外、太赫茲成像初步研究98-109
• 5.1 成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)98-100
• 5.2 成像相關(guān)理論計(jì)算100-101
• 5.3 成像探測器101-105
• 5.4 成像結(jié)果和討論105-107
• 5.5 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻(xiàn)108-109
• 第六章N-GaSb/n-InAsSb異質(zhì)結(jié)紅外光子探測109-122
• 6.1 材料表征111-112
• 6.2 器件制備112-114
• 6.3 實(shí)驗(yàn)測試114-118
• 6.3.1 變溫I-V測試114-116
• 6.3.2 黑體測試116
• 6.3.3 頻譜響應(yīng)測試116-118
• 6.4 光電流響應(yīng)機(jī)制118-120
• 6.5 本章小結(jié)120
• 參考文獻(xiàn)120-122
• 第七章 總結(jié)和展望122-124
• 7.1 總結(jié)122-123
• 7.2 展望123-124

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