BIB探測(cè)器的制備及等離子體效應(yīng)的應(yīng)用研究.pdf

1、紅外探測(cè)和太赫茲波探測(cè)技術(shù)，在軍事、天文及成像領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。阻擋雜質(zhì)帶（Blocked impurity band，BIB）探測(cè)器，因?yàn)榫哂许憫?yīng)波段寬、響應(yīng)率高、響應(yīng)速度快、易于大規(guī)模制備及方便讀出等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在過(guò)去三十年中成為國(guó)外天文領(lǐng)域中首選的覆蓋中紅外至太赫茲波段的紅外探測(cè)器。因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域的敏感，國(guó)外對(duì)中國(guó)的紅外探測(cè)技術(shù)一直處于封鎖階段。而國(guó)內(nèi)對(duì)BIB探測(cè)器的研究尚處于起步階段，在很大程度上限制了我國(guó)天文航空事業(yè)的發(fā)

2、展。因此，我們亟需系統(tǒng)性地研究探索BIB探測(cè)器。
　　本論文工作主要是關(guān)于BIB探測(cè)器的制備及其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面研究了器件制備、光電特性及表面等離激元對(duì)于器件性能的影響，為硅(Si)基以及其他材料體系的BIB探測(cè)器的發(fā)展和優(yōu)化提供了參考和依據(jù)。本研究工作取得了以下幾個(gè)方面的創(chuàng)新成果：
　　1.通過(guò)離子注入的方式將高濃度的砷(As)摻入高阻單晶硅Si，并經(jīng)過(guò)快速退火處理（RTA），獲得了厚度100～200nm、表

3、面晶格結(jié)構(gòu)有序、具有優(yōu)異電學(xué)性能的Si:As掩埋電極層，適合用作Si基紅外探測(cè)器的背電極。我們使用HRTEM和EDX系統(tǒng)性的研究了離子注入樣品中的投影射程（Project Range，PR）型缺陷的演化過(guò)程。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出這種缺陷也是一種由As原子聚集而成的二次缺陷。并得出隨著退火溫度的上升，PR缺陷會(huì)融合附近尺寸較小的PR缺陷而長(zhǎng)大。EDX和電化學(xué)電容-電壓（ECV）結(jié)果表明SiO2/Si界面在As去失活的過(guò)程中扮演重要角色。

4、　　2.我們?cè)敿?xì)地測(cè)量了BIB探測(cè)器在不同偏壓下的響應(yīng)，即正常工作模式（conventional operation mode，COM）和反常工作模式（alternate operating mode，AOM）。結(jié)果表明，工作偏壓<2.0V時(shí)，BIB探測(cè)器在AOM模式下有著更強(qiáng)的響應(yīng)，并且在小偏壓時(shí)（<1.2V）,其響應(yīng)光譜相較COM模式下的響應(yīng)范圍更廣，覆蓋了3～35μm的范圍，而COM模式下的光譜在31μm處即截止。同時(shí)我們分析了A

5、OM下暗電流的起因，為器件的進(jìn)一步優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。
　　3.為改進(jìn)THz BIB探測(cè)器性能，我們制備了前入射式器件和背入射式器件來(lái)系統(tǒng)的研究體等離子效應(yīng)對(duì)于THz探測(cè)的影響。通過(guò)詳細(xì)的表征，我們發(fā)現(xiàn)，由于掩埋背電極的等離子效應(yīng)，在波長(zhǎng)大于25μm之后，入射光幾乎被全反射，導(dǎo)致器件在此波段幾乎無(wú)響應(yīng)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果助于改進(jìn)背入射式器件的設(shè)計(jì)及性能。
　　4.首次將二維孔狀陣列（two-dimensional hole arr

6、ays,2DHA的表面等離激元（surface plasmon polariton,SPP）耦合結(jié)構(gòu)引入外延型BIB探測(cè)器的設(shè)計(jì)中。BIB參考探測(cè)器的光譜響應(yīng)覆蓋15～35μm，在將2DHA結(jié)構(gòu)與BIB探測(cè)器集成之后，探測(cè)器的光譜獲得顯著的調(diào)制效果。共振波長(zhǎng)之外的響應(yīng)強(qiáng)度被明顯抑制，推動(dòng)了BIB THz多色探測(cè)器的發(fā)展。
　　5.第一次將2DHA結(jié)構(gòu)引入離子注入型BIB探測(cè)器的設(shè)計(jì)中。BIB參考探測(cè)器的光電響應(yīng)覆蓋15～31μm，