同质结远红外/太赫兹探测器的研究及可靠性评估

高性能的太赫兹探测器是太赫兹技术研究的重点，具有广泛的应用前景。同质结内发射功函数远红外/太赫兹探测的突出优点是截止波长原则上可以无限制延伸，并且能够将探测器与成熟的GaAs或Si材料工艺的相融合。n-GaAs 同质结远红外/太赫兹探测器由于其材料特性在拓宽探测器的探测范围上更是具有独特的优势。本课题针对n-GaAs 同质结远红外/太赫兹探测器，重点研究不同结构和材料参数对探测器的噪声特性及辐照特性的影响。分析其噪声产生的物理机制。通过光学、电学以及噪声测量等多种非破坏性的测量手段的有机结合，评估器件的抗辐射能力。建立基于噪声参数的n-GaAs同质结远红外/太赫兹探测器的可靠性评估方案，并推广到Si以及p-GaAs同质结远红外/太赫兹探测器的分析中去。本课题拟采用理论模型分析与光电特性实验研究、探测器器件特性研究相结合的方法。为同质结远红外/太赫兹探测器的最终实际应用提供依据。

高性能的太赫兹探测器是太赫兹技术研究的重点，具有广泛的应用前景。同质结内发射功函数远红外/太赫兹探测由于其结构简单、探测的截止波长任意可调、材料和工艺成熟，已经成为太赫兹探测器中的一个重要分支，受到了广泛关注。与另外一种波长可以很方便调节的n-GaAs量子阱红外探测器相比，GaAs 同质结远红外/太赫兹探测器的入射光可以采用正入射的方式，这使得这种器件在大规模阵列的应用上具有了独特的优势。然而，到目前为止GaAs 同质结远红外/太赫兹探测器仍然有许多性能没有做过细致研究，离实际器件应用的要求还存在一定的差距。.目前本课题针对GaAs 同质结远红外/太赫兹探测器研究现状，重点解决了以下几方面的问题：（1）针对优化后的n-GaAs以及p-GaAs同质结远红外/太赫兹探测器分别设计了具有工艺可行性的谐振腔。（2）制备出了几个GaAs同质结远红外/太赫兹探测器器件及谐振腔增强的GaAs同质结远红外/太赫兹探测器；（3）从理论上探讨了光栅耦合的n-GaAs同质结远红外/太赫兹探测器的性能，最高量子效率可达到30%；（4）从理论上研究了探测器的响应率、探测率和偏压、温度、光谱频率的关系，得到了最佳工作偏压(10-40mV)、最佳工作温度(< 8K)和最大探测率(4.1×1010 cm Hz1/2/W)。得到通过施加一对匹配的反射镜来构造谐振腔的设计，极限探测率和响应率分别为5.7×1010 cm Hz1/2/W、25.9 A/W。（5）通过实验重点研究不同结构和材料参数对GaAs同质结远红外/太赫兹探测器的性能影响，包括器件的暗电流特性、光电流特性、光谱响应、噪声特性以及辐照特性等。通过光学、电学以及噪声测量等多种非破坏性的测量手段的有机结合，进行了GaAs同质结远红外/太赫兹探测器的可靠性评估及性能评估。实验发现，谐振腔增强的GaAs同质结远红外/太赫兹探测器在性能上确实比无谐振腔的器件有大幅度的提高。这为此种同质结远红外/太赫兹探测器的最终实际应用提供依据。