基于微納結(jié)構(gòu)的單光子探測器性能研究.pdf

1、單光子探測技術(shù)是微弱信號(hào)探測領(lǐng)域應(yīng)用與研究的核心，在量子信息、物理、生物、化學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域具有關(guān)鍵性的作用。隨著科技的發(fā)展以及技術(shù)與應(yīng)用需求的不斷提高，具備低擾動(dòng)、高計(jì)數(shù)速率、低暗計(jì)數(shù)率特性，并且能夠敏感探測從可見光到紅外光波段的單光子探測器成為研究熱點(diǎn)。本論文主要分兩部分：
　　 1.介紹了基于超導(dǎo)臨界電流密度原理的超導(dǎo)單光子探測器（簡稱SSPD）的結(jié)構(gòu)和數(shù)值模型。以氮化鈮薄膜材料的SSPD為研究對(duì)象，根據(jù)微觀的準(zhǔn)粒子濃度擴(kuò)

2、散模型，從響應(yīng)時(shí)間、“熱點(diǎn)”尺寸、薄膜電阻等方面，對(duì)準(zhǔn)粒子濃度隨時(shí)間、空間的變化、“熱點(diǎn)”尺寸受時(shí)間、入射光子能量的影響以及薄膜響應(yīng)電壓等進(jìn)行了分析，深入細(xì)致的分析了單光子入射引發(fā)的“熱點(diǎn)”響應(yīng)及單光子探測原理。
　　 2.介紹了基于量子點(diǎn)的紅外探測器（QDIP）的理論基礎(chǔ)，引入并分析一種基于含有大量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的QDIP結(jié)構(gòu)模型。為了對(duì)探測器性能進(jìn)行優(yōu)化，研究了影響探測器探測靈敏度的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和外部環(huán)境參數(shù)。在外部參數(shù)中，探測靈

3、敏度隨溫度的提高而降低，在一定摻雜比例下隨電壓的變化存在一個(gè)峰值。而在結(jié)構(gòu)參數(shù)中，量子點(diǎn)層間距達(dá)到一定范圍后將對(duì)探測靈敏度影響很??；量子點(diǎn)層數(shù)的增加有利于提高探測靈敏度，但是層數(shù)過多受到制作工藝的限制，也會(huì)積累量子點(diǎn)內(nèi)部張力從而不利于性能的改善；在一定范圍內(nèi)，量子點(diǎn)尺寸變大有利于探測靈敏度的提高，但這會(huì)降低單量子點(diǎn)層內(nèi)的量子點(diǎn)面密度，量子點(diǎn)面密度過低一方面會(huì)直接降低探測靈敏度，另一方面也會(huì)影響摻雜濃度的水平而劣化QDIP性能。因此合理選