紫外-红外双色探测材料和器件新原理研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

位置：立项数据库 > 立项详情页

紫外-红外双色探测材料和器件新原理研究

项目名称：紫外-红外双色探测材料和器件新原理研究
项目类别：重大项目
批准号：10990102
申请代码：A040204
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：张宝顺
负责人职称：研究员
依托单位：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
批准年度：2009

中文摘要：

紫外-红外双色探测器可以实现一个成像系统能同时在两个波段获取目标信息，可对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。氮化物体系材料具有同一体系材料实现紫外-红外双波段甚至多波段吸收的特点，并且该材料体系为宽带系材料，具有物理、化学稳定性高，抗辐射性能强，适用于恶劣条件等优点。同时，在紫外探测方面的应用具有太阳光盲的特点。本课题以实现太阳光盲紫外-红外双色探测器原型器件为目标，开展GaN/AlGaN多量子阱结构和日盲波段AlGaN探测器结构的集成外延生长和器件制作方面的研究工作。采用GaN/AlGaN多量子阱结构的子带跃迁过程实现大气窗口波段的吸收和探测，通过外延手段和AlGaN结构的太阳光盲紫外探测集成，实现双色探测。课题探索材料和器件的光电转换机理、耦合效率机理及载流子输运过程控制机理等，解决其中一些关键科学技术问题，实现材料制备和新效应器件方面的重大突破。

中文主题词：红外-紫外双色；GaN/AlGaN量子阱；外延生长；子带跃迁；表面等离子体耦合

英文摘要：

IR-UV dual color；GaN/AlGaN quantum wells；epitaxial growth；intersubband transition；surface plasmon coupling

英文主题词： IR-UV dual color；GaN/AlGaN quantum wells；epitaxial growth；intersubband transition；surface plasmon coupling

结论摘要：

本课题根据当前国际上氮化物基红外-紫外双色探测器的研究现状和发展趋势，结合国家经济发展的需求，以实现红外-日盲紫外双色探测器原型器件为目标，主要开展如下工作（1）大气窗口波段 GaN/AlGaN 多量子阱结构的外延生长，均匀性和界面控制研究；（2）GaN/AlGaN 多量子阱结构和太阳光盲波段 AlGaN 薄膜的集成外延生长研究；（3）GaN/AlGaN 量子阱子带光跃迁与载流子输运性质的研究；（4）GaN/AlGaN 量子阱子带跃迁结构特性、温度特性、光学、电学特性及和器件相关的量子效应研究；（5）太阳光盲紫外—红外双色探测器件制作和关键工艺研究。（6）基于器件加工技术方面的漏电和噪声问题。在机理与设计方面，通过研究极化和结构参数对GaN/AlGaN量子阱能带结构和电子输运特性的影响，得到了与理论设计吻合的实验结果和器件工作条件，设计了光伏和光导型探测器。在材料生长方面，利用脉冲原子层外延结合高温连续生长技术及复合缓冲层技术得到了高质量AlN缓冲层( FWHM(002)=240arcsec，FWHM(102)=360arcsec)，并实现了MOCVD设备在1100 ℃左右对高质量AlN材料的生长；利用AlN/AlGaN超晶格模板，得到了高晶体质量及良好电学和光学特性的n型高Al组分AlGaN材料，研究了不同AlGaN 模板对量子阱结构光吸收特性的影响；基于低温AlN插入层和AlN/GaN超晶格插入层技术，MOCVD外延得到了晶体质量和表面状况良好的GaN/AlGaN多量子阱结构；基于MOCVD的高质量模版，MBE外延得到了多达7-8级卫星峰的GaN/AlGaN多量子阱结构。在器件制备方面，研究了金属表面等离子体光栅的耦合机制，在原有基础上将耦合效果提高了2~3倍；研究了关键工艺过程，采用合适的表面处理和退火处理将暗电流水平分别降低了4个数量级。基于以上工作，最终实现了GaN/AlGaN量子阱红外-AlGaN日盲紫外双色集成探测器原型器件，响应波段为3~3.5μm和<230nm，最高工作频率>2kHz，在国际学术期刊上发表论文50多篇，培养了一批相关领域的人才，圆满完成了项目任务。本课题在材料生长和器件制备方面取得的研究成果在该领域均处于国际领先水平，填补了国内乃至国际上在该领域的技术空白。

成果综合统计