文档介绍：分类号学号 D200777038
学校代码 10487 密级
博士学位论文
量子阱红外探测器
高偏压下特性的研究
学位申请人: 董珊
学科专业: 光学工程
指导教师: 陈四海教授
答辩日期:
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering
Investigation of Characteristics of Quantum Well
Infrared Photodetectors under High Bias Voltage
Ph. D. Candidate : Dong Shan
Major : Optical Engineering
Supervisor : Prof. Chen Sihai
Co-Supervisor : Prof. Lu Wei
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
May, 2012
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的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
红外探测器在许多领域都有着广泛的应用。较之于目前居主导地位的碲镉汞红
外探测器而言,量子阱红外探测器的材料生长、器件制作工艺更成熟,适于制作大
面阵探测器。同时 III-V 族材料组分容易控制和调节,通过调节化合物的组分,可
以比较容易的改变势垒高度等参数,进而可以调节探测波长,可以覆盖三个主要的
大气窗口。因此量子阱红外探测器在实现多色探测方面也有很大的优势。又较之于
预期性能有望超过自己,但还没有实用化的量子点红外探测器而言,量子阱红外探
测器还有诸多方面需要改进,以期获得更好的性能。
本文针对高偏压下量子阱红外探测器的光电性能,从基础的能级计算出发,对
光电流和暗电流的特性进行了理论和实验两个方面的探讨,具体如下:
(1)从数值计算的角度对多量子阱结构所形成的能级和超晶格所形成的微带进
行了理论计算。
(2)以 GaAs 和 AlGaAs 材料为对象,模拟了起主要作用的极化光学声子散射
和谷间散射,对于 AlGaAs 材料,还模拟了其重要的合金散射。之后针对量子阱结构
在高偏压下,可能产生的碰撞离化现象,从理论上推导了其碰撞离化率。进一步,
还考虑了不同电场强度下,由于隧穿导致的碰撞离化率的增强。
(3)从实验和理论两方面细致研究了不同周期,不同势垒材料的三种样品在高
偏压下的光电流行为差异,建立了符合量子阱系统的碰撞离化理论模型,推导了倍
增因子 M 与量子阱周期数 N 的关系随俘获几率及离化系数变化的规律。
(4)总结了量子阱红外探测器的暗电流的三种主要机理,以及研究暗电流的多
种理论模型,并在其中自洽模型的基础上,重点分析了高偏压下的暗电流不同寻常
的特性。并分析出其可能的成因是基态隧穿电流,并通过理论计算,给出高偏压下
的模拟结果。
(5)分析了缺陷态隧穿电流对高偏压下暗电流的影响。在排除了碰撞离化和基
态隧穿的影响之后,我们建立了缺陷态隧穿的理论模型,通过调校缺陷态的能级 ET
I
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和缺陷态的浓度 NT 可以得到与