p-GaAs同质结太赫兹探测器的优化与性能研究

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本文主要针对p-GaAs太赫兹探测器进行了结构优化,设计了谐振腔以期获得更高的量子效率。并在优化的基础上,计算了探测器的综合性能。  本文的前半部分,我们详细介绍了计算用到的理论方法和模型。首先,我们对比了计算多层介质内部光吸收的两种方法,并选择菲涅尔系数矩阵法作为我们优化计算的主要方法。然后,我们全面介绍了同质结功函数探测器的探测机制、结构、功函数、探测过程理论模型、量子效率、碰撞离子化、暗电流和谐振腔等内容。  本文的后半部分,在考虑了温度、偏压等参数后,对p-GaAs同质结太赫兹探测器的材料和结构参数进行了优化,把探测器的量子效率提高到了17%。而以往的优化并未考虑温度和偏压等参数的影响,因此会对优化结果带来一定的误差。在设计谐振腔时,我们采用通用性较强的金层作为底部反射镜,并综合比较了四种顶部反射镜的振幅反射率、相位和光强反射率等参数,最后选择了工艺上更为简单,性能上满足要求的自然界面镜为顶部反射镜。  随后,我们采用优化得到的参数,计算了p-GaAs同质结太赫兹探测器的暗电流、响应率、探测率和偏压、温度、光谱频率之间的关系,得到了最佳工作偏压(10-40mV)、最佳工作温度(<8K)和最大探测率(4.1×1010 cm Hz1/2/W),并和实验值进行了比较。而理论上,通过施加一对匹配的反射镜来构造谐振腔的设计,所能获得的极限量子效率为26%,极限探测率和响应率分别为5.7×1010 cm Hz1/2/W、25.9 A/W。
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