研究內(nèi)容：
為滿足我國航天應(yīng)用對(duì)地遙感、天文觀測(cè)和深空探測(cè)等領(lǐng)域極弱信號(hào)近紅外探測(cè)的需求，以獲得極低暗電流和高量子效率的III-V族InGaAs近紅外探測(cè)器為牽引，以研究低缺陷密度和高光電轉(zhuǎn)換效率的失配體系InGaAs材料為主線，對(duì)高In組分異質(zhì)材料能帶和載流子輸運(yùn)進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，揭示失配體系材料的界面特性與缺陷形成、演化及作用機(jī)理，提出高In組分異質(zhì)探測(cè)材料新結(jié)構(gòu)和微光敏區(qū)參數(shù)表征新方法，建立多層異質(zhì)材料微納尺度物性與探測(cè)器關(guān)鍵性能參數(shù)（量子效率、暗電流）的相關(guān)性。圍繞超高靈敏度的高In組分異質(zhì)探測(cè)材料結(jié)構(gòu)－材料生長－材料物性－器件性能的研究鏈，設(shè)計(jì)高In組分異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)，控制低缺陷生長過程，從而得到航天應(yīng)用的高性能高In組分異質(zhì)材料，進(jìn)行器件驗(yàn)證。
關(guān)鍵科學(xué)問題：
本項(xiàng)目針對(duì)高In組分的InGaAs異質(zhì)失配材料體系進(jìn)行如下四個(gè)方面的關(guān)鍵科學(xué)問題的研究。
1、高In組分異質(zhì)探測(cè)材料能帶調(diào)控與載流子輸運(yùn)機(jī)制：針對(duì)多層異質(zhì)外延體系的晶格失配和能帶不連續(xù)性的問題，引入新型緩沖結(jié)構(gòu)和界面量子結(jié)構(gòu)，獲得高性能探測(cè)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù)；
2、高探測(cè)靈敏度的亞波長結(jié)構(gòu)光場(chǎng)增強(qiáng)和局域化物理機(jī)理：采用薄吸收區(qū)結(jié)合等離子體激元（SPP）局域增強(qiáng)的新結(jié)構(gòu)，為高In組分InGaAs探測(cè)器暗電流的降低和量子效率的提高提供新思路；
3、失配體系異質(zhì)探測(cè)材料缺陷的形成機(jī)制、演化效應(yīng)及控制：認(rèn)知較大失配體系下高In組分InGaAs多層異質(zhì)外延材料的缺陷行為的復(fù)雜性，掌握降低外延材料缺陷密度的規(guī)律性；
4、材料微光敏區(qū)參數(shù)的表征及其與航天應(yīng)用器件性能的關(guān)聯(lián)性：獲得與探測(cè)器性能直接相關(guān)的多層異質(zhì)探測(cè)材料關(guān)鍵參數(shù)，以航天應(yīng)用器件為導(dǎo)向，研究空間輻照對(duì)高In組分InGaAs材料體系影響最為重要的因素，實(shí)現(xiàn)高性能近紅外核心探測(cè)材料。
總體目標(biāo)：
面向國家戰(zhàn)略需求，本項(xiàng)目以新思路發(fā)展近紅外探測(cè)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料生長及基于器件功能材料表征的新結(jié)構(gòu)、新方法或新途徑，探索并研發(fā)InGaAs材料體系，研究InGaAs異質(zhì)探測(cè)材料體系能帶精細(xì)結(jié)構(gòu)和生長控制，研究失配體系的材料界面特性和缺陷行為，有效地改善材料的光電性能，建立材料微觀結(jié)構(gòu)和器件關(guān)鍵性能參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，指導(dǎo)外延材料晶格質(zhì)量、能帶分布以及生長行為的控制，通過低缺陷密度、高光電轉(zhuǎn)換效率的InGaAs異質(zhì)探測(cè)材料深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，形成我國與國際水平同步、具有鮮明特色和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的近紅外核心探測(cè)材料，高In組分異質(zhì)材料的缺陷密度降低到1×105cm-2以下；同時(shí)與集成創(chuàng)新相結(jié)合，積極將基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于器件與系統(tǒng)的原理驗(yàn)證，研究由材料應(yīng)用到器件過程中的新現(xiàn)象、新效應(yīng)及其空間應(yīng)用輻照機(jī)理，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的原型器件，截止波長為2.5微米，暗電流密度在目前100nA/cm2的基礎(chǔ)上降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)至1nA/cm2，量子效率由50％提高到80％以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平。本項(xiàng)目的實(shí)施將為滿足我國航天近紅外遙感儀器跨代發(fā)展和中長期需求奠定科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)。 |
