红外材料光电性能表征

红外探测材料的光电性能 表征评价
陈栋 2013.11.22
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1，研究背景 2，光电导红外探测器介绍 3，红外探测材料测试方案 4，下一步工作计划
• 研究背景： 1，本实验室已经能够采用磁控溅射和离子束溅 射制备出Ge/Si量子点阵，但在材料应用方面一 直没能有效推进。在国家大力推广“产、学、研” 科研理念的大背景下，我们实验室也需要在材料 研制的基础上朝着器件制备的方向发展。
在ITO玻璃上生长了约1μm厚的锗层，然后测红外。 由于红外一般都是测400-4000cm-1波段，因此无法 在图上看到约1.85μm（5405cm-1）波段透射。所以 还得另外想办法去验证Ge膜的带间跃迁。
下一步工作计划：
1，尽快联系测试设备。 2，学习测试方法和样品制备。
谢 谢！
量子点红外探测器的电荷转移示意图
• 用光电性能测试来表征红外材料性能主要是利用 半导体材料的光电导效应，下图为一个光电检测 系统。
• 红外光电性能测量系统示意图：
RTB3000 Detector Test Bench红外测试系统
A，黑体：提供红外辐照。 黑体辐射能量公式可由普朗克公式给出：
E( )
2，此前，实验室主要在材料微结构测试方面开 展了许多工作，但对生长的材料的实际性能并不 明确。开展红外探测材料光电性能测试，有助于 探求材料性能与材料结构、生长工艺之间的联系。 能够进一步指导材料的制备工作。
红外探测器简介
• 一个完整的红外探测器包括光敏元件,辐射入 射窗口,外壳,电极引出线,光阑,冷屏,场镜,光 堆,浸没镜,滤光片,在低温工作还需要有盛液 氮的杜瓦瓶,前置放大器。 • 按探测器工作机理分,可将红外探测器分为热 探测器和光子探测器两大类。其中光子型探测 器主要包括光电导型探测器和光伏型探测器。
(3)噪声(Vn): 当探测器未接收外部 红外光源辐照时,其两端产生的电压 输出称为探测器的噪声。
(4)信噪比Vs/Vn (5)电压响应率：表征探测器对辐射响应的灵敏度。
Rv
Vs P
(6)归一化探测率：综合探测面积和辐照情况评价探 测器的优劣。 (7)时间常数（响应时间 射反应的快慢。
）：反应器件对交变辐
• 红外探测材料光电性能测试方案：
1. 从探索光电性能测试方法入手，首先在ITO上制 备Ge膜，然后测试其红外（约1.85μ m）光电流 响应。学习和掌握测试方法和样品制备方案。 2. 尝试对实验室制备的Ge/Si量子点材料进行光电 性能测试。主要是探索Ge/Si量子点材料光电性 能与其制备工艺和材料微结构之间的关系。 3. 后期可以进行多层量子点材料的生长和测试研究， 以及进行红外探测器的试制。
D，偏置电源：大多数探测器需要能提供较为平稳输 出的直流偏置电源。 E，前置放大器：一般对于探测能量很弱的中远红外 辐照，需要对信号进行放大处理。 F，波形分析器：测量探测器的信号、噪声以及他们 的频谱特性。
• 需要测试的参数： (1)暗电阻(Rd): 常用多用表测量。 (2)信号(Vs): 当探测器Rd 受交变辐 照时, 其两端产生的交流电压称为探 测器的输出信号。
8h
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c
3

1
e
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1
黑体辐射波长峰值可有维恩位移公式给出：
Tm b
一般温度为573K的黑体辐射源就可以提供2—4μ m波 段的红外光。
b 2.8978 10
3
B，光阑孔：用于规范黑体辐射的输出面积，孔一般 为圆形。 C，调制盘：也称斩波器，使黑体辐射调制成交变辐 射，一般配合锁相放大器使用。下图为可变频率双 参考调制盘
• 光电导红外探测测器原理： 当半导体材料吸收入射光子后, 半导体内的 部分电子和空穴从原来不导电的束缚状态转变为 自由导电状态，这一类红外探测器称为光电导型 红外探测器。 主要可以分为本征光电导和杂质光电导。
量子点由于其三维载流子限制效应，使得量子点红 外探测器（QDIP）具有能对垂直入射光响应，响应 率高，工作温度高等优点，目前QDIP已经成为人们 研究的热点。我们实验室也在朝这个目标发展。