自栅控量子点场效应单光子探测器及光电流增益相关机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61274069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    97.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Single-photon detector is the very important device utilized in the field of time-correlated photon counting and quantum information, with increasingly urgent demand. The project carries out research on a near-infrared single-photon detector based on quantum dot field effect transistor structure, in which a single photo-carrier in quantum dot is controlling the on-off state of the low-noise self-gated channel. The channel is a kind of asymmetric source and drain structure, which can realize the self on-off control with more than exponential pattern. This device is supposed to achieve higher single-photon detection rate,low dark count, low working voltage, and at near room temperature working function at the same time, devices with all these properties will improve single-photon detection performance. The project research includes: The structural optimization of the self-gated field-effect structure and the control of the critical switching state; the photo-carrier capture and recombination dynamics in self-organized quantum dots; Analyses and suppression of the noise form two-dimensional electron gas channel, so as to improve the signal to noise ratio; Establishing the overall device mathematical model of the photoelectric gain and clarifying the high optical gain mechanism of the quantum dot gated field-effect devices; Fabrication examination and device certification. 5~10 Papers on high-performance single-photon detector are expect to be published and the research results will promote the development of single-photon detection.
单光子是弱光信号的探测极限,在时间相关的光子计数和量子信息等领域有越来越广泛和迫切的需求。本课题研究一种新型的自栅控沟道的量子点场效应单光子探测器,利用非对称沟道的源漏电势差对表面空间电荷区的调节使沟道电流处于开关临界状态,以量子点中的光生电荷对开关状态进行调控,以期获得同时具有低电压、低暗记数、高探测效率、近室温工作等优越特性的单光子探测器件。研究内容主要包括,自栅控沟道场效应结构的超指数开关临界状态控制与结构优化;自组织量子点中光生载流子的俘获和复合动力学特性研究,高俘获效率和寿命可控量子点的设计;二维电子气沟道的噪声来源分析和抑制途径研究,提高器件信噪比;建立整体器件的光电增益数学模型,阐明自栅控量子点场效应器件的高光电增益机制;制备和测试方法研究和最终器件验证。预期发表文章5~10篇高性能单光子探测器件相关文章,研究结果将推进量子点场效应单光子探测器的实用化发展。

结项摘要

单光子探测技术在量子信息、生物医学测量等领域具有十分广泛而重要的应用。在此需求背景下,本项目对量子点栅控场效应光电探测器进行详尽分析,并在此三极器件基础之上研究了新型的量子点自栅控场效应光电探测器,自栅控的特性使得器件可以工作在源漏两极的场效应器件工作模式,在器件工作的开关临界状态达到最灵敏的光子探测。具体研究包括探测原理、探测器结构和探测性能:1) 量子点栅控场效应探测器工作原理2)量子点自栅控场效应单光子探测器光增益的分析3) 自栅控量子点场效应光电探测器的结构设计与仿真4) 量子点自栅控场效应探测器的制备5)器件的测试。通过上述的研究,本项目明晰了自栅控场效应探测器的工作原理,并且通过模拟优化了器件的结构,最终研究开发了一套此种特殊器件制备工艺,得到了光电探测的测试结果。器件结果标明:50K温度下,入射光功率4.3×10-14W时所引起的电流变化约为105nA,由于光子频率为80MHz,入射光已经是以单个光子脉冲的形式入射到器件上。由于器件电流增益达到108,但器件的响应时间是秒量级,器件无法响应高速到达的光子序列。因此研究提高具有二阶光电导效应的量子点栅控场效应光电探测器的响应时间,是下一个新的研究课题,继续研究提高响应速度的方法,有望达到高速的单光子探测。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
SOI波导与InGaAs/InP光电探测器的集成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹冬冬;尹伟红;李彬;韩勤
  • 通讯作者:
    韩勤
纳米级自开关二极管的电学特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    半导体光电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    史章淳;杨晓红;韩勤
  • 通讯作者:
    韩勤
An array consisting of 10 high-speed side-illuminated evanescently coupled waveguide photodetectors each with a bandwidth of 20GHz
由 10 个高速侧照式渐逝耦合波导光电探测器组成的阵列,每个探测器的带宽为 20GHz
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/32/12/128503
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Qianqian Lv;Han Ye;Dongdong Yin;Xiaohong Yang;Qin Han
  • 通讯作者:
    Qin Han
量子点单光子探测器的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    半导体光电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂诚磊;杨晓红;韩勤
  • 通讯作者:
    韩勤
A high-speed avalanche photodiode
高速雪崩光电二极管
  • DOI:
    10.1088/1674-4926/35/7/074009
  • 发表时间:
    2014-07
  • 期刊:
    Chinese Journal of Semiconductors
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lü, Qianqian;Cui, Rong;Han, Qin
  • 通讯作者:
    Han, Qin

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其他文献

Designand fabrication of multi-channel photodetector array monolithic with arrayedwaveguide grating Chin. Phys. B Vol.25, No. 3 (2016) 038505
阵列波导光栅多通道单片光电探测器阵列的设计与制作
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Chin. Phys. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹冬冬;王玉冰;杨晓红;韩勤
  • 通讯作者:
    韩勤
微RNA-705对MC3T3-E1细胞成骨分化能力的影响
  • DOI:
    10.3785/j.issn.1008-9292.2016.11.03
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    浙江大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晓红;杨琨;廖立;金岩
  • 通讯作者:
    金岩
miRNA-205调控靶基因的研究进展与趋势
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    基础医学与临床
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王晟;范瑞琦;杨晓红;罗达亚
  • 通讯作者:
    罗达亚
维吾尔族饲鸽者肺患者细胞因子水平变化及临床意义研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国全科医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文艺;邬超;杨晓红
  • 通讯作者:
    杨晓红
补体C5基因多态性与维吾尔族饲鸽者肺易患性的关系研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国全科医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭玲;邬超;杨晓红
  • 通讯作者:
    杨晓红

其他文献

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超薄倍增层雪崩光电探测器的增益带宽噪声及高速器件研究
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    63.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型长波长谐振腔增强型电光调制器
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  • 批准年份:
    2003
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    21.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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