基于表面等离子体效应增强红外光电探测器性能..
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引自《非制冷InAsSb中长波红外探测器研究评述》
新型光电探测器研究
对于各种新型的红外探测器，目前研究较 多的是量子阱探测器和超晶格探测器，可 以获得更高的探测率和光响应，但也存在 需要制冷和容易引起暗电流的缺点
引自《非制冷InAsSb中长波红外探测器研究评述》
表面等离子体激元
当光波(电磁波)入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发 生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属 表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致 就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面 自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式:电磁场被 局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等 离激元现象。
实现最优光响应的条件
设计出最优的器件结构来增强光的耦合
等离子体激元共振与QDIP吸收峰的光谱匹配 提高器件的透光率 等离子体激元高场区与QD活跃区的空间匹配
2DHA不同晶格常数样品的响应图
IR Emitter
2DHA-QD QD
光学斩波器
单色仪
通过使2DHA的等离子 体共振波长与吸收峰 的波长相匹配，来增 加plasmonic-QD 相互作用
光的有效耦合仍然未解决
本文的主要内容
设计出一个集成的2D金孔穴阵列（2DHA）和 InAs量子点（QD）实现光的有效的耦合
实验中实现了高达130%的绝对增强的光响应 通过设计实验来寻找最优化的器件结构
结构的原理图
通过设计出合理的结构来实现 更好的plasmonic-QD相互作用
通过标准光刻技术和金属剥离 技术来制造2DHA等离子体模型
探测器
2DHA不同孔穴直径的样品的响应图
为了保持光谱的匹配同时探究入射光的 透射率，选择晶格常数为3.2μm的2DHA
不同的孔穴直径有不同的透射率， 透射率的大小影响光的响应强度
透射率与入射角的关系
当入射角＜30°时，样品的透射率随入射角缓慢变化，但仍在主要的吸收带内
光响应增强的起源图
1、EM transmittance flux =transmittance/ filling fraction
在T=0.5和T=1.3时吸收增强 可以分别增强10和5倍
其它类型表面等离子体增强的红外探测器器件
Hale Waihona Puke Baidu
利用1D光栅结构等离子体的共振量子效应增强的中波红 外探测器器件
总结与期望
设计出优化的器件结构，很好的实现等离子体模 型和吸收层的光的耦合，达到更高水平的红外探 测性能。 有可能实现10倍或更高增强效率的探测器
文献阅读
本文研究背景
在 2004, Okamoto et al. 成功的将20nm的半导体量子阱放置在金属层 下边实现光发射的增强。
Chang et al. 利用一个金属2DHA实现一个窄线宽的光响应，但并未 观察到光响应的增强，可能是由于器件中低的光耦合和较厚金属膜引 起的低的透射率 Shenoi et al. 报道了一个利用2DHA光子晶体腔观察到光响应中中波 和长波的一个相对增强，没有观察到绝对的光响应增强
基于表面等离激元效应增强红外 光电探测器的性能
潘晓航 15723826 2015-12-17
主要内容
红外探测器简介
表面等离子体激元
文献阅读
红外探测器
红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号 输出的器件。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。 这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。
参考本文的设计和优化器件的实验思路来制作高 水平的探测器器件
引自《HgCdTe红外探测器性能分析》
红外光电材料
铟砷锑（InAsSb）
1.响应速度比HgCdTe快，反应速度可达到ns量级 2.材料稳定性好 3.禁带宽度随组分变化不敏感 4.具有较高的探测率
两种材料禁带宽度随组分的变化图
相比HgCdTe其迁移率更高，有更低的制作成本，且与其相匹配的衬 底材料成本都较HgCdTe廉价，有很好的应用前景
光电探测器在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等。
图片来源：左 某医院宣传图 右 国家航天局火灾分析图
红外光电材料
碲镉汞（HgCdTe）
HgCdTe 突出的性能是其它红外材料难以相比的： ①在整个红外波段（ 1～20 μm）均具有很高的光子吸收率； ②与其它红外探测器材料相比，在同样的温度下， HgCdTe 材料热激 发载流子产生的暗电流最小。 这两个突出的特点，使得 HgCdTe 当之无愧地成为高性能二代红外焦 平面器件的最佳选择。
由电磁透射率是变化可以看出 最优的孔穴直径的范围
2、光电响应的增强是由 stronger plasmonic field和QDs 相互作用
3、共振响应时的电场曲线
噪声电流的对比图
有和没有2DHA结构的噪声电流曲线基本重合， 也就是说2DHA不会带来附加的负面噪声信号。
不同样品的吸收光谱
随着吸收层厚度的降低，可 以实现一个更好的空间匹配 和一个更明显的吸收增强
新型光电探测器研究
对于各种新型的红外探测器，目前研究较 多的是量子阱探测器和超晶格探测器，可 以获得更高的探测率和光响应，但也存在 需要制冷和容易引起暗电流的缺点
引自《非制冷InAsSb中长波红外探测器研究评述》
表面等离子体激元
当光波(电磁波)入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发 生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属 表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致 就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面 自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式:电磁场被 局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等 离激元现象。
实现最优光响应的条件
设计出最优的器件结构来增强光的耦合
等离子体激元共振与QDIP吸收峰的光谱匹配 提高器件的透光率 等离子体激元高场区与QD活跃区的空间匹配
2DHA不同晶格常数样品的响应图
IR Emitter
2DHA-QD QD
光学斩波器
单色仪
通过使2DHA的等离子 体共振波长与吸收峰 的波长相匹配，来增 加plasmonic-QD 相互作用
光的有效耦合仍然未解决
本文的主要内容
设计出一个集成的2D金孔穴阵列（2DHA）和 InAs量子点（QD）实现光的有效的耦合
实验中实现了高达130%的绝对增强的光响应 通过设计实验来寻找最优化的器件结构
结构的原理图
通过设计出合理的结构来实现 更好的plasmonic-QD相互作用
通过标准光刻技术和金属剥离 技术来制造2DHA等离子体模型
探测器
2DHA不同孔穴直径的样品的响应图
为了保持光谱的匹配同时探究入射光的 透射率，选择晶格常数为3.2μm的2DHA
不同的孔穴直径有不同的透射率， 透射率的大小影响光的响应强度
透射率与入射角的关系
当入射角＜30°时，样品的透射率随入射角缓慢变化，但仍在主要的吸收带内
光响应增强的起源图
1、EM transmittance flux =transmittance/ filling fraction
在T=0.5和T=1.3时吸收增强 可以分别增强10和5倍
其它类型表面等离子体增强的红外探测器器件
Hale Waihona Puke Baidu
利用1D光栅结构等离子体的共振量子效应增强的中波红 外探测器器件
总结与期望
设计出优化的器件结构，很好的实现等离子体模 型和吸收层的光的耦合，达到更高水平的红外探 测性能。 有可能实现10倍或更高增强效率的探测器
文献阅读
本文研究背景
在 2004, Okamoto et al. 成功的将20nm的半导体量子阱放置在金属层 下边实现光发射的增强。
Chang et al. 利用一个金属2DHA实现一个窄线宽的光响应，但并未 观察到光响应的增强，可能是由于器件中低的光耦合和较厚金属膜引 起的低的透射率 Shenoi et al. 报道了一个利用2DHA光子晶体腔观察到光响应中中波 和长波的一个相对增强，没有观察到绝对的光响应增强
基于表面等离激元效应增强红外 光电探测器的性能
潘晓航 15723826 2015-12-17
主要内容
红外探测器简介
表面等离子体激元
文献阅读
红外探测器
红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号 输出的器件。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。 这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。
参考本文的设计和优化器件的实验思路来制作高 水平的探测器器件
引自《HgCdTe红外探测器性能分析》
红外光电材料
铟砷锑（InAsSb）
1.响应速度比HgCdTe快，反应速度可达到ns量级 2.材料稳定性好 3.禁带宽度随组分变化不敏感 4.具有较高的探测率
两种材料禁带宽度随组分的变化图
相比HgCdTe其迁移率更高，有更低的制作成本，且与其相匹配的衬 底材料成本都较HgCdTe廉价，有很好的应用前景
光电探测器在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等。
图片来源：左 某医院宣传图 右 国家航天局火灾分析图
红外光电材料
碲镉汞（HgCdTe）
HgCdTe 突出的性能是其它红外材料难以相比的： ①在整个红外波段（ 1～20 μm）均具有很高的光子吸收率； ②与其它红外探测器材料相比，在同样的温度下， HgCdTe 材料热激 发载流子产生的暗电流最小。 这两个突出的特点，使得 HgCdTe 当之无愧地成为高性能二代红外焦 平面器件的最佳选择。
由电磁透射率是变化可以看出 最优的孔穴直径的范围
2、光电响应的增强是由 stronger plasmonic field和QDs 相互作用
3、共振响应时的电场曲线
噪声电流的对比图
有和没有2DHA结构的噪声电流曲线基本重合， 也就是说2DHA不会带来附加的负面噪声信号。
不同样品的吸收光谱
随着吸收层厚度的降低，可 以实现一个更好的空间匹配 和一个更明显的吸收增强