宽带量子阱红外探测器（QWIP）的研究

论文摘要

GaAs／AlxGa1-xAs量子阱红外探测器由于其灵敏度高，响应速度快，响应波长范围可调，器件性能均匀一致性好，有利于制成二维焦平面阵列等优点，因而，近十多年来，量子阱红外探测器的研究取得了迅速发展。然而量子阱红外探测器的光谱响应带宽较窄，这种红外探测器用于热成像时，则有些波长的光信号将被丢失，而会影响热成像质量。因此，增加量子阱红外探测器的光谱响应带宽是一个重要研究课题。为解决这一问题，本工作从理论和实验上进行了较系统的研究，其论文主要内容包括： 根据电子干涉模型，计算了GaAs／AlGaAs多量子阱结构的子能级位置，理论计算指出：多量子阱结构势垒以上存在着由电子干涉形成的传导态和定域态。处于传导态上的电子，在多量子阱结构中可沿与界面垂直方向输运，而处于定域态上的电子，基本限制在GaAs阱层中，难以在整个多量子阱结构中运动。并将此理论结果与K.P模型的计算结果作了比较。 实验测量了GaAs／AlGaAs多量子阱结构的光电流谱，观察到许多电流峰，并且将此实验结果与理论计算结果进行对照。发现实验结果与理论计算值相当好的一致。 多量子阱结构势垒以上传导态与定域态分别构成传导微带与定域微带，这些微带具有一定宽度。在外加电场作用下，这些传导微带按周期依次错开，形成Wannier-Stark阶梯。当存在光激发时，量子阱中的电子不仅可以竖直跃迁到其上各传导微带，而且还可以非竖直跃迁到其邻近阱上的各传导微带，在外电场作用下形成相应的光电流峰。 改变多量子阱结构的势垒宽度，可引起势垒以上各传导微带之间的能量间隔变化。当势垒宽度较窄时，各传导微带之间能量间隔较大，形成的各光电流峰之间的间距较大，彼此不交迭，光谱带宽较窄；适当增大势垒宽度，各传导微带之间的能量间隔相应变小，使形成的各光电流峰之间的间距变小而相互交迭，结果使光谱带宽展宽。采取恰当的理论设计，可选取最佳势垒宽度，使量子阱红外探测器的光谱带宽达到最大值。本工作已设计并制出的量子阱红外探

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 序论
• 1.1 红外探测器的发展历史与现状
• 1.2 量子阱红外探测器制备中的先进技术
• 1.2.1 分子束外延
• 1.2.2 金属有机化合物气相外（MOCVD）
• 1.3 红外探测器的应用
• 参考文献：
• 第二章 量子阱的基本理论
• 2.1 多量子阱结构
• 2.2 超晶格结构
• 2.3 三种不同位置激发态的QWIP
• 2.3.1 束缚态到束缚态跃迁的量子阱探测器（B-BQWIP）
• 2.3.2 束缚态到连续态跃迁的量子阱探测器（B-CQWIP）
• 2.3.3 束缚态到准束缚态跃迁量子阱探测器（B-DBQWIP）
• 2.4 导带量子阱中电子跃迁的理论分析
• 2.5 量子阱红外探测器的光耦合模式
• 2.5.1 45°的光波导耦合
• 2.5.2 带有波导的二维光栅耦合（CGW）
• 2.5.3.随机反射耦合（Random Reflector Coupling）
• 2.5.4.波纹耦合（Corrugated Coupling）
• 参考文献：
• 第三章 宽带GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器的能带计算
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备和实验测量结果
• 3.3 K-P模型
• 3.4 电子干涉模型理论分析
• 3.4.1 电子干涉模型计算电子能态理论
• 3.4.2 电子干涉模型的应用
• 3.5 K-P模型与电子干涉模型的比较
• 3.6 结论
• 参考文献
• xGa_1-xAs多量子阱的Raman散射测量'>第四章 GaAs／Al_xGa_1-xAs多量子阱的Raman散射测量
• 4.1 引言
• 4.2 导带内电子子能级间的拉曼散射
• 4.2.1 样品制备与测量结果
• 4.2.2 理论分析
• 4.2.3 结论
• 4.3 等离子激元拉曼散射
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 样品制备和测量结果
• 4.3.3 理论分析
• 4.3.4 结论
• 4.4 光学声子折叠及多声子拉曼散射
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 实验测量结果
• 4.4.3 理论分析
• 4.4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 多量子阱红外探测器势垒宽度对光谱带宽的影响
• 5.1 引言
• 5.2 不同垒宽参数的量子阱红外探测器的光电流谱
• 5.3 理论分析与讨论
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 宽带量子阱红外探测器及其响应带宽的计算
• 6.1 引言
• 6.2 阱层参数不同的宽带量子阱红外探测器
• 6.3 阱层参数相同的宽带量子阱红外探测器
• 6.3.1 样品制备及测量结果
• 6.3.2 理论分析与讨论
• 6.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表