高工作温度甚长波量子阱红外探测器的暗电流及其噪声特性研究

本项目紧密围绕高工作温度甚长波量子阱红外探测器的核心功能参数及其性能提升，针对常规甚长波量子阱红外探测器的工作温度偏低，对制冷系统和低温读出电路要求较高的现状，研究解决双势垒共振隧穿结构集成的高工作温度甚长波量子阱红外探测器所涉及到的机理与器件设计问题，深入研究高工作温度甚长波量子阱红外探测器的暗电流及其噪声特性，载流子输运和调控，并跟实验结果进行比较，揭示真实器件体系中电子－电子、电子－声子和电子－光子相互作用的新机理，研究如何选择合适的掺杂量子阱的子带间跃迁和双势垒共振隧穿结构而达到大幅抑制器件暗电流及其噪声，提高器件工作温度及探测性能的目的，为我国红外探测器的研制和发展提供优化设计的经验及模型。

本项目围绕高工作温度甚长波量子阱红外探测器的核心功能参数及其性能提升，建立了全自洽的计算模型及程序。通过全自恰计算研究发现，工作偏压下的甚长波多周期量子阱红外探测器在暗条件与光照条件下电场分布严重不均匀，只有计入电场分布的这种不均匀性，才可以从理论上获得跟实验相高度符合的暗电流及噪声。深入研究了高工作温度甚长波量子阱红外探测器的暗电流及其噪声特性，载流子输运和调控，并跟实验结果进行比较，尝试揭示了真实器件体系中电子－电子、电子－声子和电子－光子相互作用的新机理。自洽计算获得了量子阱-双势垒共振隧穿结构器件在各个偏压下的能带图、载流子浓度分布及其变温I-V特性，并利用该模型成功解释了相关探测器近场探测及光电流谱信号重置的实验现象。对表面量子阱的束缚态进行了研究，发现光谱中高分辨的双峰结构随着阱宽的减小其跃迁能量增大，AlGaAs势垒上存在空间局域的束缚态。作为项目的深化与拓展，还对基于量子阱结构的长波红外级联探测器的响应次峰的产生机制和光电耦合进行了研究，尝试寻找消除探测器串音，提升响应率与探测率的新途径。