1 上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测全国重点实验室，上海 200083
InGaAs单光子探测器已被广泛应用于激光三维成像、长距离高速数字通信、自由空间光通信和量子通信等。针对单元、线列和小面阵器件，已发展出同轴封装、蝶形封装、插针网格阵列封装等多种封装形式。探讨了温度对InGaAs单光子器件性能的影响及组件温控方法；系统比较分析了针对光学元件如微透镜、透镜、光纤等与芯片的高精度耦合方法；针对高频信号输出，总结了引线类型、布线方式、封装结构设计等问题；展望了InGaAs单光子探测器的发展趋势。
雪崩光电二极管 InGaAs 单光子探测器 封装 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0900009
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083红外探测全国重点实验室，上海200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083红外探测全国重点实验室，上海200083无锡中科德芯感知科技有限公司，江苏 无锡214135
人类的探索欲望及数千年来的不断积累促成了20世纪60年代的四大天文发现，而大气层对天文观测的一些根本性限制促使人们在20世纪冲出地球进入太空。在宽广的波段进行天文观测有着极为苛刻的要求，新猜想和模型的提出也要求进行新的验证，这些都促进了观测设备及器件的性能趋于极致。本文旨在对此进行简要的回顾分析并列举一些典型实例，侧重考察其探测波段、主镜或天线的口径、探测仪器及所用器件的类型和性能等，以便进行纵向和横向的比较，温故而思新。
天文观测 红外 太赫兹 毫米波 射频与微波 astronomical observation infrared terahertz millimeter wave radio frequency and microwave
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院研究生院，北京 100039
系统研究了快速热退火对锌扩散的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布，结果表明退火过程会影响杂质浓度，但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映，未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析，未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流，因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器，快速热退火是不必要的工艺。
短波红外 铟镓砷探测器 快速热退火 扩散 shortwave infrared InGaAs detector rapid thermal annealing diffusion
1 天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387
3 天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387
研究了一种用于智能服装呼吸监测的光纤织物传感器。该传感器由拉伸敏感光纤、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）和弹性织物多层复合而成。提出基于加热方式的聚合物光纤多弯曲级联结构的定形方法，制备出具有精确特征尺寸的拉伸敏感光纤，利用TPU材料的热塑性，通过熨烫方式实现拉伸敏感光纤、TPU材料和织物的黏合来形成层压式织物传感器。所制备的织物传感器各层间无气泡和起皱，具有很好的制作重复性，可与服装实现无缝纫连接，提升服装的舒适度和美观度。实验表明，该传感器的应变系数可达71.01，拉伸率可达83%，迟滞误差小于12%，且具有单向拉伸感知能力。对所设计的呼吸监测样衣进行了实测，结果表明：在穿着者不同呼吸频率、不同姿态和运动状态下，该样衣均可获得明显的呼吸波形，呼吸率最大误差小于2 次/min，平均误差在0.8 次/min以内。
光纤织物传感器 呼吸监测 单向拉伸感知 聚氨酯弹性体 弯曲损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316003
红外与激光工程
2023, 52(2): 20210870
通过传统能量色散X射线荧光分析(EDXRF)对Cd元素进行痕量分析时, X光管发出的原级轫致辐射连续谱对Cd元素的分析具有严重的影响。 为了减弱原级X射线对测量结果的影响, 通过Geant4程序包模拟不同几何尺寸下偏振激发X射线荧光分析(P-EDXRF)中荧光靶的结构, 研究其在减弱测量过程中原级X射线轫致辐射连续谱的影响。 为了提高模拟效率, 本文分三步进行模拟。 第一步模拟不同管电压下电子打靶过程, 得到不同管压下的X光管原级能谱。 第二步针对Cd元素的痕量分析设置不同种类、 不同几何条件的Te及BaSO4作为荧光靶材料进行模拟。 结果表明在使用Kα1能量(27.468 keV)与Cd元素吸收限26.711 keV最为接近的Te作为荧光靶材料时, 随着Te靶厚度增加Te元素的特征峰强度在100 μm前快速增长, 在150 μm后趋于稳定。 而其信噪比(SNR)在80 μm到达最大值21.434。 继续增加厚度由于荧光靶材料的自吸收作用SNR开始有些许下降, 达到饱和吸收厚度后稳定。 在不同应用场景时荧光靶选材应有不同, 对于测量时间没有限制的条件下, 应选择荧光强度更大的荧光靶厚度。 而对于测量时间相对较短的条件下, 则应该选择SNR更大的荧光靶厚度。 第三步模拟通过荧光靶后的出射能谱激发含0.01%Cd的样品, 经过Te靶后的出射能谱激发样品, 得到Cd元素Kα1峰背比为8.28。 相较于直接通过原级谱激发样品, Cd元素Kα1峰背比为2.29, 其峰背比明显提高但Te元素的散射峰对Cd元素Kα1峰仍然有所影响。 选用特征X射线能量与Cd元素Kα1相距更远的BaSO4作为荧光靶材料, 可减弱由于样品中的基体轻元素的散射作用而引起目标元素的峰背比降低情况, 可将Cd元素Kα1峰背比提高至14.179。 通过增大X光管管电压可进一步提高激发效果, 在管电压为70 kV时对于Cd元素有最佳激发效果, 峰背比为21.431。
荧光靶 痕量分析 Geant4 Secondary target Trace analysis P-EDXRF Geant4 P-EDXRF 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1064
1 哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
研究了分子束外延生长条件对高铟组分InGaAs材料性能的影响，分析了生长温度、V/III比和As分子束形态对In0.74Ga0.26As材料光致发光和X射线衍射峰强度、本底载流子浓度和迁移率的影响。测试结果表明：适中的生长温度和V/III比可以提高材料晶格质量，减少非辐射复合，降低本底杂质浓度。As分子束为As2时In0.74Ga0.26As材料质量优于As4分子束。当生长温度为570 ℃，As分子束形态为As2，V/III比为18时，可以获得较高的光致发光和X射线衍射峰强度，室温和77 K下的本底载流子浓度分别达到6.3×1014 cm-3和4.0×1014 cm-3，迁移率分别达到13 400 cm2/Vs和45 160 cm2/Vs。
InGaAs 高铟组分 短波红外 分子束外延 迁移率 InGaAs high indium composition short-wave infrared molecular beam epitaxy（MBE） mobility
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
三五族化合物半导体具有丰富的特性，使其在电子学、光电子学以及光子学领域获得了各种应用，这些都源自于三族元素和五族元素构成之二元系的各种魔幻组合形成的多变特性。本文基于二元系砷化物、磷化物及锑化物，对其构成的各种三元系、四元系和五元系的特征进行了几何图示阐述，主要涉及其带隙、晶格常数及其与不同衬底的晶格匹配区域。对氮化物和稀氮、铋化物和稀铋以及硼化物的一些特性也进行了简要讨论。通过对整个三五族化合物半导体的全面了解将有助于深入了解其潜力和可持续发展态势，包括存在的诸多挑战。
三五族化合物半导体 二元系 三元系 四元系 五元系 III-V compound semiconductors binary ternary quaternary quinary
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用闭管扩散的方法成功研制了截止波长2.2 μm的平面型延伸波长InGaAs探测器芯片。在分子束外延法（MBE）生长的In0.75Al0.25As/ In0.75Ga0.25As/ In0.75Al0.25As外延材料上，采用砷化锌作为扩散掺杂源、SiNx作为扩散掩膜层，实现了扩散成结。分析了扩散结深和载流子侧向收集宽度、I-V特性、光谱响应特性和探测率，结果表明：150 K温度下，器件暗电流密度0.69 nA/cm2@-10 mV，响应截止波长和峰值波长分别为2.12 μm和1.97 μm，峰值响应率为1.29 A/W，峰值量子效率达82%，峰值探测率为1.01×1012 cmHz1/2/W。这些结果对后续进一步优化平面型延伸波长InGaAs焦平面探测器有重要的指导意义。
延伸波长 InAlAs/InGaAs 扩散 暗电流密度 量子效率 wavelength-extended InAlAs/InGaAs diffusion dark current density quantum efficiency
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感器技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用In0.74Al0.26As / In0.74Ga0.26As / InxAl1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层，制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中，SiNx和SiNx / Al2O3分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明，与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiNx相比，通过原子层沉积生长的Al2O3可以有效地抑制Al2O3和In0.74Al0.26As界面的In2O3的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果，计算得到SiNx / Al2O3 / In0.74Al0.26As的快界面态密度比SiNx / In0.74Al0.26As的快界面态密度低一个数量级。因此，采用原子层沉积生长的Al2O3作为钝化膜可以有效地降低Al2O3和In0.74Al0.26As之间的快界面态密度，从而降低In0.74Ga0.26As探测器的暗电流。
InAlAs 原子层沉积 Al2O3 SiNx 金属-绝缘体-半导体电容器 界面态密度 InAlAs ALD Al2O3 SiNx MIS capacitor interface state density 
