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《华东师范大学》 2019年
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阱中量子点光电器件特性及其信号读出研究

陆海东  
【摘要】:量子点作为光电子器件的增益或吸收介质,其中一些关键科学问题尚待深入研究。量子点除了具有三维量子尺寸效应之外,其用于激光器和探测器等还可表现出低阈值电流密度、低噪声等特点,因而具有较高实用价值。采用阱中量子点的器件既可作为光探测器件,也可作为光存储器件(以下统称阱中量子点光电器件),基于其较长的载流子寿命可以获得低暗电流、高探测率和波长可调等特点,但量子点光电探测器在信号读出方面仍存在一些需要解决的问题,以及探测率与响应速度的权衡问题、探测器件与存储器件的关系问题等。本博士学位论文工作以阱中量子点光电探测器为研究对象,系统研究了其响应速度、存储时间及弱信号探测等方面问题,并在深低温读出电路的效率及信号处理等方面开展了工作。论文包含的主要研究内容如下:1.针对阱中量子点光电器件(器件样品由中国科学院半导体研究所研制,下同,有特别说明除外),研究了其在波长约800 nm的激光照射下的瞬态响应特性。光脉冲宽度为100 ps时,测试得到器件室温下瞬态响应时间为5.2 ns。此外还研究了不同工作模式下器件的非线性方程,并采用遗传算法建立了量子点探测器的等效电路,从而将非线性问题转化为全局最优解,提取了不同光强下的等效电路模型。2.依据中科院半导体所的测试结果和其提出的一定偏压值能够使电子和空穴在空间上分离,分别存储在量子阱和量子点中,分析阱中量子点光电器件样品A的“台阶状”I-V(电流-电压)曲线和“鱼眼状”C-V(电容-电压)曲线,研究测试到器件存储时间为ms级,最大存储时间可达0.6 s。实验证明,存储窗口大小与器件偏压存在一定的关系,存储时间与偏压无关。3.研究分析高增益为主的样品B和存储特性明显的样品A的PL谱:两种类型光电器件的量子点发光峰值强度是一致的,区别是量子阱的能级和缺陷能级。样品B的量子阱能级更高,同样的偏压或光强下,量子点中的空穴更容易溢出,导致样品B具有更高的灵敏度[88],存储特性明显的样品A则关注量子点在阱中的存储时间。实验表明,弱光(nW以下)时器件特性以高灵敏度为主,较强光下以存储为主。从样品A的C-V曲线来看,弱光下产生的电子空穴对被复合,存储电荷很少,随着光量增加,存储电荷增加。4.为了满足高灵敏度和高分辨率的红外成像系统的需求,光电器件常在低温下工作以减少热噪声和抑制暗电流。依据团队读出电路基础,采用低温仿真软件重点研究了20~300 K下MOS器件及读出电路的工作状态,调整CMOS单元器件的宽长比,经过0.35μm 2P4M数模混合电路流片,陶瓷基板封装测试,初步证明电路最低工作温度在40 K附近。5.在红外读出系统中,读出电路的偏置电压稳定对整个系统有着重要影响,甚至直接影响最后的读出。仿真设计了两种带隙基准电压源,其具有低功耗,宽温度范围,高电源抑制比等特点,固定输出电压为1.21 V,工作温度范围-100~125℃,电源抑制比-69 dB,运放增益82 dB,功耗5μW。为增加读出电路的动态范围,进一步研究智能读出设计。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN36

【参考文献】
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1 王佶;;PCB设计中的串扰分析[J];电子世界;2014年07期
2 聂诚磊;杨晓红;韩勤;;量子点单光子探测器的研究进展[J];半导体光电;2013年04期
3 袁红辉;陈永平;陈世军;刘强;徐星;;亚微米CMOS低温特性与物理建模[J];低温物理学报;2013年04期
4 邓功荣;史衍丽;余连杰;何雯瑾;;量子点红外探测器及焦平面阵列的研究进展[J];红外技术;2011年02期
5 雷亚贵;于进;张平雷;张冬燕;王戎瑞;;量子点红外探测器研究进展[J];激光与红外;2010年01期
6 郭杰锋;陈桂林;;线列探测器非均匀性对点目标检测的影响[J];红外技术;2009年02期
7 彭进,胡冰,胡承勇,卞松保,杨富华,郑厚植;利用Γ-X混合在Al As/Ga As异质结构实现光生电子、空穴对的持久存储[J];人工晶体学报;2002年04期
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1 刘红梅;量子点红外探测器特性表征方法研究[D];西安电子科技大学;2012年
【共引文献】
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1 解冰清;毕津顺;李博;罗家俊;;极端低温下硅基器件和电路特性研究进展[J];微电子学;2015年06期
2 赵明;林长青;;基于N-P准则的红外线列非均匀性对目标检测的影响分析[J];红外技术;2012年04期
3 夏玫;顾国华;陈钱;隋修宝;;IRFPA两点校正的定标温度选择方法研究及实现[J];红外技术;2011年03期
4 汪江华;于素芬;李国强;陈洪亮;;焦平面探测器图像非均匀性对目标检测的影响[J];电光与控制;2010年10期
5 陈志斌;;浅议量子点的功能化修饰研究[J];河南化工;2010年06期
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1 陆海东;阱中量子点光电器件特性及其信号读出研究[D];华东师范大学;2019年
2 白宏刚;量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究[D];西安电子科技大学;2014年
【二级参考文献】
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1 曾爱凤;王海鹏;;板级互连线的串扰规律研究与仿真[J];电子测量技术;2010年08期
2 李世文;王贵;;多导体传输线间的串扰分析与仿真[J];声学与电子工程;2009年02期
3 吴昊;陈少昌;王杰玉;;高速数字系统的串扰问题分析[J];现代电子技术;2009年01期
4 王强;沙斐;;平行双线串扰的分析[J];电子测量与仪器学报;2008年06期
5 李朝辉;;基于RLC模型的集成电路互连线串扰估计[J];电子测量技术;2008年05期
6 蔡盛;柏旭光;乔彦峰;;基于标定的IRFPA非均匀性校正方法综述[J];红外技术;2007年10期
7 韩客松;复杂背景下红外点目标检测的预处理[J];红外技术;1999年04期
8 王钰,陈钱,殷德奎,张保民;实时红外图像非均匀性校正技术研究[J];红外与毫米波学报;1999年02期
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4 张健;宽带量子阱红外探测器(QWIP)的研究[D];山东大学;2006年
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4 翁增胜;林秀菊;;量子点在光电功能器件的研究进展[J];高分子通报;2018年08期
5 安成守;王洪福;;基于量子点光学实验探讨物理创新能力的培养[J];考试周刊;2018年81期
6 白恒轩;黄慧姿;杨依依;孙泽毅;夏振坤;纪晓婧;;微波法制备碳量子点及其应用与荧光机理探究[J];化工管理;2019年01期
7 封强;俞重远;刘玉敏;杨红波;黄永箴;;运用解析方法分析量子点的应力应变分布[J];北京邮电大学学报;2006年02期
8 白光;量子点结构垂直辐射器件[J];激光与光电子学进展;2002年09期
9 黄睿;吴绍全;;T型量子点结构中的自旋极化输运过程[J];低温物理学报;2010年04期
10 彭英才;纳米量子点结构的自组织生长[J];固体电子学研究与进展;2000年02期
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2 王宝瑞;孙征;孙宝权;徐仲英;;InGaAs/GaAs链状量子点结构的光学特性研究[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
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4 钟新华;潘振晓;饶华商;;量子点敏化太阳电池中的电荷复合调控[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集(量子点太阳能池篇)[C];2018年
5 孔祥贵;;发光量子点结构与生物偶联的光谱分析表征[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
6 徐天宁;吴惠桢;斯剑霄;;Ⅳ-Ⅵ半导体量子点光学性质及理论模拟[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
7 黄伟其;刘世荣;;用量子受限模型分析硅氧化层中的锗低维纳米结构(英文)[A];贵州省自然科学优秀学术论文集[C];2005年
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1 记者 桂运安;半导体量子芯片研究再现“黑科技”[N];安徽日报;2018年
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