GaAs/AlGaAs量子阱热红外上转换焦平面材料研究

　　近日，“GaAs/AlGaAs量子阱热红外上转换焦平面材料研究”等四项目喜获国家自然科学基金资助。据悉，上海技物所陆卫研究员申请的“GaAs/AlGaAs量子阱热红外上转换焦平面材料研究”项目根据红外焦平面技术发展中面临的技术瓶颈问题，提出了一种新的可能解决途径，即在重要的红外探测(长波热红外)波段实现该波段光子频率向近红外甚至可见波段的上转换，它在机理上区别于传统的非线性效应诱导的光子能量上转换过程，它是利用热红外的低频光子通过与电能的巧妙结合形成一个近红外或可见的高频光子，并且适应于探测技术中红外光强度较弱的应用条件。在该转换过程中将通过相对成熟的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料微结构给人们带来的能带工程与波函数工程对光电功能材料进行优化构造的巨大可能性，将量子阱红外探测器微结构与半导体发光二极管微结构进行有机地耦合集成，从而实现将量子阱红外探测器探测到的红外光电信号转化为半导体发光二极管发射的近红外或可见波段的光信号。这一技术的发展将可能对红外焦平面技术形成一种全新的技术能力，相对现有红外焦平面技术而言它将缓解目前面临制冷功耗、读出电路、器件互联和焦平面规模等方面的技术困难。

　　HgCdTe材料中杂质和缺陷对其结构和光电子性质的影响

　　“HgCdTe材料中杂质和缺陷对其结构和光电子性质的影响”项目是上海技物所陈效双研究员申请的。碲镉汞材料主要是通过掺杂来实现材料的应用，如何有效实现P型掺杂存在着大量的关键问题，利用第一性原理的全电子势线性缀加平面波法和赝势平面波法开展窄禁带碲镉汞材料的第一性原理模拟，预测As的引入和Hg的替位等缺陷导致的基体晶体结构的畸变，化学键的变化和电荷的转移等对材料光、电子性质的影响。提供As既作为施主又作为受主的两性行为本质，获得As作为p型掺杂取代Te的优化条件。同时也将研究有害杂质像铁、铜以及汞空位对HgCdTe红外响应性能的影响。还要研究As的掺杂可能出现As的填隙和As的团聚效应，以及影响材料的电荷分布和成键等，进而影响红外探测器件应用中至关重要的载流子的浓度，这方面国内外仍然未见报道。进一步利用实验室的测试条件开展针对性的若干种杂质和缺陷对HgCdTe半导体材料电子和光学性的实验研究，比较理论预测结果与实验现象，以求保证模型提出具有实际的应用指向。

　　“研究共振耦合体系的高灵敏度磁光光谱系统”

　　“研究共振耦合体系的高灵敏度磁光光谱系统”项目由上海技物所张波博士申请，随着半导体低维结构物理新机理研究的深入和向实际器件应用的开拓，电子、声子、光子等基本激发之间公振耦合效应所起作用显得愈来愈重要。微波波段光子耦合到二维电子气中，使人们在分别获得了诺贝尔奖的量子整数与分数霍尔效应之后又发现了新的零电阻平台;电声子共振耦合的应用导致红外与太赫兹波段量子级联激光器的问世。本项目对研究这类问题的最有效的研究手段之一红外磁光光谱方法，进行巧妙的创新性的改造和完善。针对其在研究这类问题时面临的困难，提出了回旋共振等带内跃迁的自探测方法，使信噪比与常规的探测方法相比有数量级提高，有效地克服在电-声子共振耦合区无法进行全波段研究的难题。同时还将探索微波共振耦合探测的全新磁光光谱技术，一旦实现有可能揭示全新的共振耦合机理。新建成的磁光光谱系统将成为独具特色、在探测灵敏度上处于国际领先水平的试验系统，成为低维半导体结构中的多种元激发间共振耦合相关物理问题的独特和有效手段。

　　纳米器件特性相关研究

　　“低维结构热学性质对纳米器件特性的影响”项目由上海技术物理研究所吕翔博士申请。随着器件尺寸进入到纳米尺度，其物理特性与体材料有很大差异。微电路的热设计是当代微电子器件设计的一个重要基础。器件的高度集成化导致了高密度的热量输运，此时材料的热学性质就会对器件特性产生显著影响。本课题采用Boltzmann输运方程和声子辐射输运方程方法，并结合蒙特卡罗数值模拟，对器件中的薄膜、纳米线、量子阱和超晶格等低维结构的热学性质进行系统的理论研究，由此获得纳米器件中芯片-互连接体系的温度分布、高温区域位置、中值失效时间和热学参数的定量关系，拓展人们对于纳米器件中传热机制的认识，为器件性能的优化设计提供参考。

　　室温型铁电薄膜红外探测器相关项目获国家自然科学基金

　　“室温型铁电薄膜红外探测器光学共振腔结构研究”项目由上海技术物理研究所黄志明研究员申请。据悉，室温型铁电薄膜红外焦平面列阵是当今研究的热点之一，对现有器件原型性能突破的最大潜力在于提高其对红外光的吸收率。本项申请拟采用镍酸镧作为铁电薄膜的透明金属氧化物电极，通过改变生长工艺，调节其红外光学特性，设计金属氧化物/铁电薄膜/金属和金属氧化物/铁电薄膜/金属氧化物的光学共振腔结构，在8～14微米宽波段波长范围内利用铁电薄膜自身实现红外吸收率达80%左右的实用型铁电薄膜红外探测器结构。该种结构的实现能使室温型铁电薄膜红外探测器的性能参数提升到实用化水平，促使铁电薄膜红外焦平面走向实用化、发挥其在民用领域的广泛应用将具有重要意义。

　　量子阱红外探测器相关研究

　　“多重光散射提高量子阱红外探测器性能研究”项目由上海技物所李志锋研究员申请，基于量子限制效应导致的子带间跃迁原理的量子阱红外探测器是一代新型器件，它相对传统红外探测器而言在甚长波、多色探测与高均匀性焦平面应用方面表现出独特优势，但子带间跃迁的原理也形成了不能在正入射条件下工作这样的本征性缺点。旨在缓解这一缺点对器件带来的困难，本项目将利用各向异性导电胶中的金属颗粒小球在探测器像元表面和侧面形成二维无序散射体系，从而有效改变光的传播方向和偏振状态，使量子阱的光耦合效率得到改善。本课题将利用多重散射理论和有限差分时域方法对光子传播和散射过程进行模拟和分析，提出针对量子阱峰值响应波长的最佳耦合条件，选择适当的金属颗粒尺寸和密度，建立各向异性导电胶互连的工艺方法，提高量子阱红外探测器的探测效率。（编辑:FJ）