| 题名 | III-V族化合物半导体微结构红外探测器研究 |
| 作者 | 金巨鹏 |
| 答辩日期 | 2012-05-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 丁瑞军 ; 林春 |
| 关键词 | Gaas/algaas 量子阱红外探测器 Inas/gasb 二类超晶格 焦平面 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 基于III-V族化合物半导体材料的微结构红外探测器是当前光子型红外探测器领域的研究热点之一。纵观当前的光子型红外探测器技术，除碲镉汞材料之外，GaAs/AlGaAs量子阱、InAs/Ga(In)Sb二类超晶格和InGaAs/GaAs/AlGaAs量子点等红外探测技术作为主流碲镉汞红外技术的补充和替代，被广泛研究，发展迅速。这些形式各异的探测器的共同特点是：以III-V族化合物半导体为材料，利用高精度材料生长技术，控制晶格常数相近的不同材料构成特定的微结构，以形成吸收红外辐射的机制。本文聚焦于GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器和InAs/GaSb二类超晶格红外探测器，开展了以下几个方面的研究，主要内容如下：1. 研究了量子阱相关的理论、模型。研究了投试法、传输矩阵法等数值算法，依据电子有效质量近似模型和包络函数近似模型，利用MatLab编写了计算GaAs/AlGaAs量子阱相关参数的GUI程序；并通过计算考察了阱内掺杂、能带非抛物线性和外加偏压对量子阱内基态能级的影响。计算了峰值探测波长覆盖7~16μm的GaAs/AlGaAs量子阱最佳阱宽与势垒的组合；计算了峰值探测波长为8μm的量子阱红外探测器的优化参数。2. 制备了GaAs/AlGaAs量子阱单元器件并进行了性能评估。制备了具有20、40和60个周期的多量子阱红外探测器单元器件，并对制备完成的器件进行了光电测试。三种器件样品的峰值探测波长为7.97~8.18μm，与考虑能带非抛物线性后进行的理论计算结果（8μm）非常吻合。分析了量子阱周期数和外加偏压与探测器最终性能的关系，实验证实适当的量子阱个数对性能非常重要。3. 开展了GaAs/AlGaAs量子阱面阵器件的研究。通过研究电感耦合等离子体干法刻蚀等关键工艺，成功制备了640x512像素的n型GaAs/AlGaAs QWIP FPA。在320x256工作模式下，成功演示了室温背景下目标的红外热成像，焦平面阵列的平均峰值探测率为1.5x1010cmHz1/2/W，不均匀性约为20%。4. 进行了InAs/GaSb二类超晶格单元器件研究。设计了制备InAs/GaSb单元器件的光刻掩膜板及工艺流程，并成功制备了多个器件样品。50%截止波长为4.3μm的中波器件的峰值探测率达到1.7x1011 cmHz1/2/W。对比研究了干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺对InAs/GaSb二类超晶格探测器性能的影响。另外对比研究了InAs/GaSb 二类超晶格器件的SiO2钝化。5. 开展了InAs/GaSb二类超晶格焦平面器件的设计与制备研究。设计了制备128x128规模InAs/GaSb二类超晶格面阵器件所需的光刻掩膜板及工艺流程；通过湿法腐蚀形成台面、SiO2磁控溅射沉积钝化、金属沉积和铟柱形成等工艺，成功制备了128x128像元的InAs/GaSb二类超晶格焦平面阵列。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5458]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 金巨鹏. III-V族化合物半导体微结构红外探测器研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
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