针对高能物理、核物理等国家大科学装置对核心探测器件的需求, 研究不同于金属打拿极型倍增系统的大尺寸微通道板型光电倍增管。该光电倍增管最主要的特点是具有20 in(1 in=2.54 cm)的低本底玻壳和微通道板型倍增极结构, 使用Sb-K-Cs阴极作为光电转换阴极, 该阴极对350~450 nm波段光子的量子效率高, 倍增极采用两片微通道板, 在电压比较低的情况下可实现107的倍增能力, 从而提高了光电倍增管的探测效率和单光子探测能力。与传统的金属打拿极型光电倍增管相比, 20 in微通道板型光电倍增管是一种全新的产品结构, 具有单光子峰谷比高、本底低、响应时间快、后脉冲比例小等特点。

采用低压金属有机物化学气相沉积(LPMOCVD)设备,在(100)面GaSb单晶衬底上生长了高质量的InAsSb材料。分析了InAs/GaSb超晶格红外材料在不同生长条件下的生长质量,对器件材料结构进行了表征,并进行了理论分析和优化生长。采用X射线双晶衍射原子力显微镜对其外延薄膜的单晶质量进行分析,得到外延层与衬底材料的晶格失配仅为-0.43%。通过调节过渡层材料来减小界面处的应变,提高材料的生长质量,利用光致发光谱对材料做了检测分析。给出了InAsSb材料的LPMOCVD生长的参数分析和测量分析,为以后生长和分析InAsSb材料提供了很好的基础。

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1 dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为－200 V、宽度为3 ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5 μm、间距为50 μm正方形格栅以保证选通门宽为3 ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300 kHz,实验测试在微通道板电压为700 V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718 cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7 lp/mm.

MSM(金属-半导体-金属)型光电探测器的较低寄生电容和高带宽的特点使得其应用广泛,可用于空间通信、遥感等多方面,但暗电流偏大仍是制约其发展的重要因素.为此,本文研制了100×100 μm2 面积的InGaAs-MSM光电探测器,通过设计InAlGaAs/InGaAs短周期超晶格和InAlAs肖特基势垒增强结构,将器件暗电流密度降至0.6 pA/ μm2 (5 V偏置),改善了目前同类器件的信噪比.对器件光电参数进行了表征:3dB带宽6.8 GHz,上升沿58.8 ps,1550 nm波段响应度0.55 A/W,光吸收区域外量子效率88%.分析了短周期超晶格和肖特基势垒增强层对暗电流的抑制机理.