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基于温度变化的量子阱红外探测器探测峰值波长的研究

作　者: 王忠斌
导　师: 温廷敦
学　校: 中北大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 量子阱红外探测器超晶格光电流带隙
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着纳米材料在半导体中的广泛应用以及力电光信号介观转换机理的发展，各种新型的超晶格量子阱器件被设计加工出来。这些纳机电器件在先进技术的支持下会体现出新的特征和性能。本论文以介观压阻效应的基本理论思想为基础，结合温度变化对超晶格材料的影响，研究了不同温度作用下GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器（QWIP）的吸收波长以及光电流峰位所发生的变化。本文详细介绍了超晶格的结构特征以及不同温度对它的影响，并以此为基础阐述了量子阱红外探测器的理论基础和工作原理，分析了器件的光电特性。论文主要从温度与势阱、势垒宽度和材料带隙这两个方面的关系分析了对器件性能的影响。主要研究内容如下：（1）对半导体材料应变与温度的关系进行了推导，并利用GaAs、Al0.3Ga0.7As的参数计算了沿超晶格生长方向随温度变化的关系式。（2）利用GaAs和AlxGa1-xAs材料带隙与温度的关系式，推得势垒高度随温度的变化关系式，进而计算了三种跃迁形式的吸收波长与温度的关系。（3）运用matlab软件对上述关系式进行了曲线模拟，并直观的分析了每个参数具体的变化趋势和幅度以及对器件影响的大小。（4）结合光电流谱以及不同情况下得到的三组吸收波长、波数值，分析了光电流峰位的变化。本论文从理论上讨论了温度变化对QWIP吸收波长和光电流峰位的影响，为解决QWIP的带宽问题提供了一种思路。

全文目录

摘要  4-5
abstract  5-9
1、绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景  9-10
  1.2 红外知识  10-13
    1.2.1 红外探测器的发展及研究现状  11-12
    1.2.2 量子阱红外探测器的产生与发展  12-13
  1.3 课题研究内容和意义  13-14
2、晶体知识  14-29
  2.1 晶体的弹性性质  14-18
    2.1.1 应力  14-15
    2.1.2 应变  15-16
    2.1.3 晶体的热膨胀  16-18
  2.2 半导体超晶格  18-25
    2.2.1 半导体超晶格的发现与发展  18-20
    2.2.2 超晶格材料的结构特征  20-21
    2.2.3 超晶格的不同分类  21-23
    2.2.4 GaAs 和AlxGa1-xAs 材料  23-25
  2.3 超晶格量子阱  25-29
    2.3.1 超晶格量子阱的基本概念原理  25-27
    2.3.2 n 型QWIP 的三种跃迁模式  27-29
3、半导体的能带和光吸收  29-43
  3.1 半导体中电子的状态和能带  29-35
    3.1.1 原子的能级和晶体的能带  29-31
    3.1.2 自由电子的运动  31-32
    3.1.3 晶体中电子的运动状态  32-33
    3.1.4 半导体的能带  33-35
  3.2 半导体中的光学常数  35-39
    3.2.1 吸收系数  35-38
    3.2.2 反射系数和透射系数  38-39
  3.3 半导体的光吸收跃迁  39-43
    3.3.1 半导体的本征吸收  39-40
    3.3.2 直接跃迁和间接跃迁  40-43
4、温度变化对量子阱红外探测器的影响  43-59
  4.1 GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器的能带结构  43-46
  4.2 温度对量子阱材料的影响  46-49
    4.2.1 超晶格热应变与温度的关系  46-48
    4.2.2 温度对材料带隙的影响  48-49
  4.3 温度对QWIP 吸收波长的影响  49-59
    4.3.1 GaAs/AlGaAs 超晶格中的能级  49-51
    4.3.2 阱宽和垒宽随温度的变化关系  51-53
    4.3.3 温度对势垒高度及吸收波长的影响  53-59
5、结论及展望  59-61
  5.1 全文小结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-65
攻读硕士期间发表的论文  65-66
致谢  66

基于温度变化的量子阱红外探测器探测峰值波长的研究

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