基于频率上转换的异质结太赫兹成像的物理及器件研究
批准号:
12074249
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张月蘅
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质力热光电性质
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张月蘅
中文摘要
太赫兹(THz)成像在空间探索、环境监测、及安全反恐等领域具有重大应用前景。本课题提出一种基于频率上转换的异质结太赫兹无像元成像方案。将异质结界面功函数内光发射探测器(HEWIP)与发光二极管(LED)集成形成频率上转换器件。入射的太赫兹信号在一个大面积的HEWIP-LED器件单元中上转换为近红外信号,被性能成熟的CCD探测,实现太赫兹无像元成像。通过深入理解器件在低温弱信号下的光吸收、载流子输运和复合特性及光-电-光转换中的噪声机制等一系列物理问题,设计和优化上转换器件结构和参数,摸索制备工艺,解决电势分配、局部热点及出光效率等核心问题,获得大面积单元的器件,并在此基础上实现无像元成像。这种成像器件无需使用读出电路,避免了采用光子型太赫兹焦平面阵列成像中读出电路的低温互联问题,具有探测率高、响应速度快、宽波段响应的优点,迎合了高性能太赫兹成像的需求,是当前太赫兹成像的重要选择。
英文摘要
Terahertz imaging has many potential applications, such as space exploration, environment monitoring, as well as safety and anti-terrorism etc.. In this project, we propose a terahertz imager based on the frequency up-conversion technique by integrating a heterojunction interfacial work function internal photoemission (HEWIP) detector and a near-infrared light emitting diodes (LEDs). The incident terahertz signal is up-converted to the near infrared radiation through the large-sized cell of HEWIP-LED upconverter, and then detected by a Si charge coupled device (CCD). Thereby, the terahertz pixelless imaging is realized. Through the deep understanding of a series of physical problems, including the weak light absorption, the carrier transport and recombination, as well as the noise mechanism in the photon-current-photon conversion process under low temperature, the upconverter is designed and optimized deliberately. Some investigations, such as the reasonable distribution of electric potential, the local hot spots and the light efficiency would be performed. The key fabrication processes are developed to acquire the large unit device, thus the pixelless imaging is be realized. Due to the great advantage of avoiding the silicon readout circuits, it can overcome the possible failure resulted from thermal mismatch, which is a big technical challenge encountered in the traditional photon-type terahertz focal plane arrays. The proposed device has the advantage of high detection sensitivity, fast response speed, and wide wavelength coverage, which meets the demand of the high-performanced THz imaging, making it an important choice for terahertz imaging.
太赫兹成像在空间探索、生物组织成像及安全反恐等领域具有重要的应用前景。现有的太赫兹成像器件存在的响应速度不够快,覆盖波段不够宽,或成本高昂以及低温下与读出电路热失配的瓶颈等问题。针对这一现状,本项目提出并实现了一种基于半导体频率上转换的无像元成像器件。在对异质结界面功函数内光发射探测器(HEWIP)与发光二极管(LED)深入研究的基础上,将二者集成形成HEWIP-LED频率上转换器件。通过深入理解器件在低温弱信号下的光吸收、载流子输运和复合特性及光-电-光转换中的噪声机制等一系列物理问题,设计和优化了上转换器件结构和参数,摸索制备工艺,解决光耦合效率、电势分配及出光效率等核心问题,实现无像元成像。该方案避免了低温下与读出电路的互联问题,降低了成本。这种成像芯片兼容标准半导体工艺,可以连续覆盖从太赫兹到近红外的超宽探测范围,并且由于是基于全光子型探测,因此在探测灵敏度和响应速度上显示出明显的优势。这些突出的优势,使之成为高性能THz成像及宽谱探测的重要选择。
GaAs基的光子型超宽谱探测器的物理与器件研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:55万元
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批准年份:2022
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负责人:张月蘅
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依托单位:
新型近红外频率上转换器件的研究
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批准号:19ZR1427000
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:张月蘅
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依托单位:
半导体上转换红外单光子探测研究
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批准号:91221201
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:340.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张月蘅
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依托单位:
同质结远红外/太赫兹探测器的研究及可靠性评估
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批准号:11074167
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项目类别:面上项目
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资助金额:45.0万元
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批准年份:2010
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负责人:张月蘅
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依托单位:
远红外探测器上谐振腔应用的研究
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批准号:10774100
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2007
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负责人:张月蘅
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依托单位:
谐振腔质增强的同质结远红外探测器的物理研究
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批准号:10304010
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2003
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负责人:张月蘅
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依托单位:
国内基金
海外基金