硅基Ⅳ族材料红外光子学探测器件的基础研究
批准号:
61177038
项目类别:
面上项目
资助金额:
72.0 万元
负责人:
薛春来
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈平、马红芝、芦秀玲、李冲、张东亮、李乐良、张春倩
中文摘要
硅基光子学是近年来业界研究的热点,未来硅基光子学一个新的发展趋势是波长不断向中红外波段扩展,其中亟待解决的一个重要问题就是如何突破硅材料的光子带隙限制,发展应用于通信波段及中红外的光子学材料及器件。本课题针对硅基红外光子学未来发展中对光信息探测的需求,以发展适用硅基红外光子学系统应用的新型光子探测器件为目标,利用创新外延生长模式及原子源抑制分凝技术制备高质量的GeSn异质外延材料,系统研究GeSn器件的工艺难点,研制新型的近红外及中红外高效Si基探测器及阵列。通过本课题的研究,重点解决新型硅基红外探测材料GeSn的高质量异质外延及器件工艺中的难题,揭示GeSn器件暗电流产生的机理,探寻控制暗电流的新方法,建立GeSn材料的红外光学表征模型,优化GeSn光电探测器件的结构设计和工艺流程,发展适于近红外通讯波段以及中红外探测的GeSn红外光电探测器件及阵列,为硅基红外光子学的发展奠定基础。
英文摘要
未来硅基光子学一个新的发展趋势是波长不断向中红外波段扩展,其中亟待解决的一个重要问题就是如何突破硅材料的光子带隙限制,发展应用于通信波段及中红外的光子学材料及器件。本课题针对硅基红外光子学未来发展中对光信息探测的需求,以发展适用硅基红外光子学系统应用的新型光子探测器件为目标,利用创新外延生长模式及原子源抑制分凝技术制备高质量的GeSn异质外延材料,系统研究GeSn器件的工艺难点,研制新型的近红外及中红外高效Si基探测器及阵列。通过本课题的研究,解决新型硅基红外探测材料GeSn的高质量异质外延及器件工艺中的难题,揭示GeSn器件暗电流产生的机理,探寻控制暗电流的新方法,建立GeSn材料的红外光学表征模型,优化GeSn光电探测器件的结构设计和工艺流程,发展适于近红外通讯波段以及中红外探测的GeSn红外光电探测器件及阵列,为硅基红外光子学的发展奠定础。通过本课题的支助,在GeSn材料方面,我们发展了一种优化的控制大失配外延生长工艺中位错演变的材料生长方法,在生长过程中可以实现对材料表面平整度的控制、应变释放方式的控制、位错密度的控制和演变;同时引入新型的buffer 层,制备出了性能优良的相应 Sn 组分的高质量 GeSn 合金材料。例如Sn组分为2.5%的GeSn合金,其HRXRD衍射峰半高宽为0.063(指标为<0.2°),表面粗糙度均方根(RMS)为1.47nm(指标要求 <2nm)全面完成了项目中材料的指标要求;利用所制备的材料制备的GeSn探测器与国际上其他研究组报道结果相比,主要技术指标均优于先前国际已报道的器件,暗电流比其降低了一个量级,而且具有最大的响应度。响应度比其高了大约两个量级。并且首次将GeSn探测器的响应波长拓展到了2um,暗电流密度进一步降低至~0.006A/cm2,在1640nm波长下响应度为0.56A/W,1950nm下相应度至0.13A/W,GeSn探测器的相关性能指标为目前国际最好报道结果。同时制备了4×4的GeSn探测器阵列,单元器件具有良好的一致性,性能差异控制在15%以内;课题发表SCI论文12篇,授权专利一项,申请一项,全面完成了项目的指标要求。
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Enhanced photoluminescence from porous silicon nanowire arrays.
多孔硅纳米线阵列的增强光致发光
DOI:
10.1186/1556-276x-8-277
发表时间:
2013-06-09
期刊:
Nanoscale research letters
影响因子:
--
作者:
[Zhang C, Li C, Liu Z, Zheng J, Xue C, Zuo Y, Cheng B, Wang Q]
通讯作者:
Wang Q
DOI:
10.1063/1.4827184
发表时间:
2013-11
期刊:
Journal of Applied Physics
影响因子:
3.2
作者:
[Chunlai Xue, Yuhua Zuo, Buwen Cheng, Qiming Wang]
通讯作者:
Qiming Wang
Ge/Si quantum dots thin film solar cells
Ge/Si量子点薄膜太阳能电池
DOI:
10.1063/1.4818999
发表时间:
2013-08
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Z. Liu, T. Zhou, L. Li, Y. H.Zuo, et al.]
通讯作者:
Z. Liu, T. Zhou, L. Li, Y. H.Zuo, et al.
Comparative studies of band structures for biaxial (100)-, (110)-, and (111)strained GeSn: A first-principles calculation with GGA plus U approach
双轴 (100)、(110) 和 (111) 应变 GeSn 能带结构的比较研究:使用 GGA 加 U 方法的第一性原理计算
DOI:
10.1063/1.4933394
发表时间:
2015-10-28
期刊:
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
影响因子:
3.2
作者:
[Huang, Wenqi, Cheng, Buwen, Liu, Zhi]
通讯作者:
Liu, Zhi
DOI:
10.1016/j.physb.2014.03.008
发表时间:
2014-06
期刊:
Physica B-condensed Matter
影响因子:
2.8
作者:
[Wenqi Huang;B. Cheng;C. Xue;Chuanbo Li]
通讯作者:
Wenqi Huang;B. Cheng;C. Xue;Chuanbo Li
共 39 条
智能化硅基IV族超高真空化学气相沉积系统
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批准号:62527811
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项目类别:国家重大科研仪器研制项目
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资助金额:765.00万元
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批准年份:2025
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负责人:薛春来
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依托单位:
硅基短波红外雪崩光电探测器及其阵列的基础研究
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批准号:61874109
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2018
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负责人:薛春来
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依托单位:
硅基锗锡多量子阱材料制备及发光特性研究
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批准号:61674140
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:薛春来
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依托单位:
硅基Ⅳ族合金材料能带调控机制与双异质结激光器的构建
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批准号:61377045
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2013
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负责人:薛春来
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依托单位:
Si/Ge长波长单光子探测器基础研究
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批准号:60906035
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2009
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负责人:薛春来
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依托单位:
国内基金
海外基金