关键词： 红外探测器   超晶格材料   量子点材料   分子束外延  

摘要： InAs/GaSb超晶格材料是目前国际上红外探测器研究领域的热点。与现有的红外探测器材料相比，InAs/GaSb超晶格材料具有更低的暗电流、更高的光电转换效率、更宽的探测波长范围、更好的均匀性等优点，是制备高像素、高帧频、大面阵焦平面红外光电探测器的理想选择之一。本论文深入系统研究了GaSb、GaAs衬底上GaSb缓冲层、InAs/GaSb超晶格、InAs/GaSb量子点材料的分子束外延生长，研究了其光电物理特性，探索了红外探测器的制备，主要内容包括：\n 1、通过优化GaSb基GaSb外延层分子束外延的生长温度、生长速率、Sb/Ga束流比等参数，消除了通常生长条件下GaSb基GaSb缓冲层表面容易出现的“金字塔包”形貌，使缓冲层质量得到改善。\n 2、研究了(4ML/8ML)短周期InAs/GaSb超晶格界面状态对外延材料的表面形貌、失配情况和光学质量的影响。发现若形成GaAs-like界面则导致外延层表面粗糙、光学质量降低；而形成InSb-like界面的厚度过厚也会使表面的“金字塔包”结构密度增加，失配增大，光学质量同样降低。研究了(8ML/8ML)短周期InAs/GaSb超晶格InAs-on-GaSb界面及GaSb-on-InAs界面状态，通过优化中断时间及快门开关顺序等，得到失配小的高质量超晶格。\n 3、采用GaAs衬底上先低温生长AlSb成核层再高温生长GaSb缓冲层的两步生长法，获得了高质量GaSb外延层。发现在450℃下生长2.1 nm的AlSb成核层后再生长的GaSb缓冲层质量较好。\n 4、研究了GaAs基InAs/GaSb异质结量子点的分子束外延生长和能带特性。发现随着GaSb淀积量的增加，量子点密度降低，光荧光发光峰向长波方向移动。当GaSb淀积量达到3.0单原子层时，发光峰波长超过1.5μm。光荧光谱分析表明：发光峰红移是因为量子点内电子空穴复合跃迁发光机制的变化一即由局限在InAs层内的电子和空穴间Ⅰ型跃迁发光转变为InAs层内电子到GaSb层空穴间的Ⅱ型跃迁发光一所致。

关键词： 极端紫外   碱卤化物   光阴极   次级电子  

摘要： 为了满足极端紫外波段微通道位敏阳极光子计数探测器研究的需要,研究了碱卤化物光阴极材料的量子效率.由于光阴极材料的光电发射电流主要是由次级电子形成的,给出碱卤化物光阴极材料次级电子发射的理论模型,推导出次级电子产出的计算公式,针对光子能量30—250eV范围内,计算并分析了光阴极材料厚度和光入射角对次级电子产出的影响.分析结果显示,光阴极材料厚度大于100nm并且掠入射角大于临界角,是获得高次级电子产出的最佳条件.最后,应用推导的公式分析20种碱卤化物在能量30—250eV范围内次级电子产出的光谱响应特性,特性分析显示,次级电子产出的光谱响应峰值位置在材料的共振吸收波长位置.

关键词： 二维电子气   输运特性   量子阱   散射机理   自旋分裂  

摘要： 晶格匹配的InP基InGaAs/InAlAs、InGaAs/InP高电子迁移率晶体管具有高的二维电子气浓度和迁移率，在毫米波和亚毫米波器件方面具有广阔的应用前景。磁输运测试不仅可以用来确定半导体材料的载流子浓度、迁移率、散射机理等输运特性，而且在深低温条件下还可以用来研究电子的自旋特性。本论文主要通过低温磁输运测试研究了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中二维电子气的输运特性、散射机理，同时还分析了单子带占据的InGaAs/InP量子阱中电子的自旋分裂特性(包括自旋—轨道耦合和Zeeman效应)，得到的主要结果如下：\n 1.考虑了两个子带之间的散射效应后，发展了一种拟合快速傅立叶变换结果的方法来研究两个子带占据二维电子气的输运特性，并获得了每个子带电子的输运参数。通过分析输运散射时间与量子散射时间的比值，得到第一子带电子受到更强的小角散射，低温下这一小角散射的主要来源是电离杂质散射。同时，还分析了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中的二维电子气朗道能级的填充情况，结果表明即使在电子自旋简并的情况下两个子带占据二维电子气的填充因子仍然会出现奇偶相间的变化。\n 2.实验上发现了在低磁场下两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中存在正磁电阻效应。分析表明，这一正磁电阻效应主要是由于这两个子带电子的输运迁移率不同所致。在考虑了子带之间的散射效虑后，通过分析低磁场的正磁电阻效应，得到了第一、第二子带电子的迁移率以及与迁移率相关的散射矩阵元，结果表明子带问的散射使得第二子带电子的迁移率高于第一子带电子的迁移率，同时还表明该体系中二维电子气还受到合金无序散射。\n 3.计算了两个子带占据InGaAs/InAlAs量子阱结构中每个子带电子的电离杂质散射与合金无序散射迁移率。在计算的过程中，考虑了子带之间的散射和屏蔽效应，结果得到子带之间散射主要影响第一子带电子迁移率，而第二子带电子迁移率主要受到来自子带内散射的影响。研究还表明第二子带电子迁移率主要由电离杂质散射决定，而第一子带电子迁移率受电离杂质散射和合金无序散射共同作用。\n 4.分析了不同栅压条件下单子带占据的InGaAs/InP量子阱结构中电子的自旋分裂效应。在这一体系中存在较大的Zeeman分裂，而在实验上观察到的拍频效应表明存在Rashba自旋分裂。针对这一情况，提出了用拟合傅里叶变换结果的方法来研究Rashba自旋—轨道耦合和Zeeman效应同时存在的电子自旋分裂，得到了有效g因子的相关参数(g0、g1)以及Rashba自旋—轨道耦合因子。

关键词： 太赫兹   量子级联激光器   分子束外延   X射线衍射  

摘要： 采用气态源分子束外延方法生长了束缚态到连续态跃迁太赫兹量子级联激光器(terahertz quantum-cascade laser,简称THzQCL)有源区结构,并且采用电化学CV仪、霍尔测试仪以及高分辨X射线衍射对材料的质量进行表征,得出THzQCL有源区具有很高的晶体质量.另外,采用蒙特卡罗方法模拟了共振声子THzQCL器件的I-V曲线,分析了在不同偏压下子能级的对齐状况和电子的输运特征.

关键词： 太赫兹   量子级联激光器   分子束外延   I-V特性   电极接触性能   金键合  

摘要： 太赫兹(THz)技术是近年来一个十分热门的领域，其中，THz辐射源是THz技术应用的关键器件。THz量子级联激光器(QCL)是一种全固态、相干的THz辐射源，具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点。本论文主要研究了AlGaAs/GaAs基THz QCL有源区的分子束外延(MBE)材料生长与表征、器件制备工艺及其电流-电压(I-V)特性分析，研究了THz QCL电极接触的制作工艺等。本论文的主要研究结果如下：\n 1.采用气态源分子束外延(GSMBE)方法生长了束缚态到连续态跃迁THz QCL有源区结构，并且采用电化学CV仪、霍尔测试仪以及高分辨X射线衍射对材料的质量进行了表征。结果表明，GaAs速率的偏移是引起厚度偏差的主要原因，因此精确控制GaAs速率是生长高质量THz QCL有源区的重要条件。\n 2.采用THz QCL光电测试系统测试了单面金属波导THz QCL器件的Ⅳ特性，热沉温度范围在10～150 K之间。同时，采用蒙特卡洛方法模拟了共振声子THzQCL器件的I-V曲线，分析了在不同偏压下子能级的对齐状况和电子的输运特征。结果表明，注入能级和下激光能级对准是共振声子THz QCL器件中最重要的寄生电流机制。\n 3.针对双面金属波导THz QCL中的金-金键合工艺，研究了Ti/Au与n型GaAs衬底的电极接触工艺，并且讨论了退火对THz QCL电极接触性能的影响。实验结果表明，与无退火样品相比，在400℃退火之后，电极接触性能退化。

关键词： 量子点   量子输运   Aharonov-Bohm效应  

摘要： 采用修正速率方法研究了环状耦合三量子点系统的瞬态和稳态输运性质.推导了环状耦合三量子点系统的约化密度矩阵运动方程和流经系统的电流.数值计算结果表明:系统处在各状态的几率和流经系统的电流随时间呈现振荡行为.当时间足够长时,它们都趋于稳定值,表明系统达到了稳定状态.在外加磁场的作用下,稳定电流呈现以2π为周期的Aharonov-Bohm振荡.

关键词： 红外   QWIP   暗电流   光荧光谱  

摘要： 在多量子阱红外探测器外延材料制备中,由于器件响应波长对量子阱的阱宽和垒高变化敏感,因此对外延材料的制备有很高的要求。本文中我们利用光致荧光谱(PL)对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器材料进行了测量和计算,从而在器件工艺前,快速确定器件的探测波长。以光致荧光光谱对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器材料进行测试,通过理论计算,得到多量子阱红外探测器探测波长。计算得到的理论响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性,证明用光荧光谱对外延材料进行测量并计算,能够更加有效地开展器件研究工作。同时,我们在低温下测量了外加偏压下器件暗电流情况,以及液氮温度下,500K黑体辐射情况时,信号噪声比达到235.3。

关键词： 蒙特卡罗模拟   太赫兹器件   量子阱   探测器  

摘要： 半导体器件的MC(蒙特卡罗)模拟是深入研究小尺寸器件的物理过程中必不可少的工具。设计了一种基于三能带近似模型的MC平台,用来研究太赫兹场作用下GaAs/Al0.03Ga0.97As量子阱光探测器内部电子的输运特性。在这个平台的基础上,很好地研究了太赫兹作用下量子阱光探测器在低温和低电场时的电子输运特性。

关键词： 多量子阱   红外   光致荧光谱  

摘要： 对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料进行了光致荧光谱(PL)测量,结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,并由此推算出相应的红外探测响应波长。推算结果与器件光电流实验值的对比表明,由光致荧光谱(PL)测量结果计算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。

关键词： 双量子点   Kondo共振   透射几率  

摘要： 利用双杂质的Anderson模型的哈密顿量,从理论上研究了耦合于铁磁电极的平行双量子点的自旋极化输运性质,并借助运动方程方法求解了哈密顿量.结果表明,该系统在费米能级处的Kondo共振峰与自旋极化强度和磁通量的取值有关.与此同时,在平行组态情况下,Kondo共振峰位置发生了偏移,而在反平行组态情况下,Kondo共振峰出现在相同位置处.这些现象使得这一双量子点系统的物理特性更加丰富,它们将有助于解释自旋电子学中的电子关联问题.