課題一：高In組分異質(zhì)探測材料能帶調(diào)控與功能增強(qiáng)新結(jié)構(gòu)
圍繞高In組分異質(zhì)探測材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)作用，從材料體系、結(jié)構(gòu)、摻雜構(gòu)型、失配應(yīng)力等方面研究多層異質(zhì)探測材料的能帶科學(xué)調(diào)控。研究高In組分異質(zhì)探測材料的能帶結(jié)構(gòu)和物理機(jī)理，以高In組分InGaAs光吸收層為基礎(chǔ)，采用不同的異質(zhì)材料、緩沖層結(jié)構(gòu)、器件整體外延結(jié)構(gòu)及器件表面等離激元結(jié)構(gòu)等3～4種高性能近紅外核心探測材料體系，申請相關(guān)發(fā)明專利3～5項(xiàng)；研究基于InGaAs光吸收層的多層異質(zhì)探測材料體系的能帶尖峰、勢阱和導(dǎo)帶價(jià)帶帶階等能帶精細(xì)結(jié)構(gòu)和理論修正的關(guān)鍵科學(xué)問題，提出多層異質(zhì)探測材料結(jié)晶質(zhì)量、失配應(yīng)力、摻雜構(gòu)型的改進(jìn)要求；利用表面等離子體激元的光場增強(qiáng)和局域化原理，開展高In組分探測材料微納吸收層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成高探測靈敏度的亞波長材料新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，申請相關(guān)發(fā)明專利1～2項(xiàng)。綜合考慮材料結(jié)構(gòu)、應(yīng)變與弛豫、摻雜構(gòu)型、晶格完整性等影響，實(shí)現(xiàn)多層異質(zhì)探測材料能帶科學(xué)調(diào)控，采用材料外延生長技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)生長驗(yàn)證調(diào)整，為滿足航天應(yīng)用需求的高靈敏度近紅外探測器提供材料基礎(chǔ)理論與技術(shù)支撐。
課題負(fù)責(zé)人：繆國慶
承擔(dān)單位：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
課題二：失配體系異質(zhì)探測材料的低缺陷生長研究
圍繞高In組分異質(zhì)探測材料的晶格失配問題，在多層異質(zhì)探測材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究InGaAs材料的界面特性與缺陷行為。通過緩沖層生長及生長后的熱處理方法，促進(jìn)位錯(cuò)的轉(zhuǎn)向和在生長過程中的湮滅，改善表面性質(zhì)和晶格完整性；建立并完善失配體系InGaAs異質(zhì)外延材料的生長理論，研究多層異質(zhì)探測材料生長條件對外延層晶格質(zhì)量、電學(xué)參數(shù)等的影響，掌握生長過程中元素?cái)U(kuò)散的機(jī)理和規(guī)律，獲得外延材料生長過程中缺陷形成和湮滅的機(jī)理及控制，提出抑制多層探測材料缺陷的有效途徑，申請相關(guān)發(fā)明專利3～5項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)面向航天應(yīng)用特殊需求的2英寸近紅外InGaAs探測外延材料，截止波長為2.5μm，材料組分、厚度和摻雜均勻性優(yōu)于5％，缺陷密度低至1×105cm-2以下。
課題負(fù)責(zé)人：張永剛
承擔(dān)單位：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、吉林大學(xué)
課題三：基于器件功能的多層異質(zhì)材料微納尺度物性分析
明確高In組分多層異質(zhì)探測材料少數(shù)載流子輸運(yùn)的物理過程，建立定量的少數(shù)載流子輸運(yùn)及光電轉(zhuǎn)化模型，研究材料的微納尺度物性表征方法。提出2種以上InGaAs多層異質(zhì)材料微光敏區(qū)物理參數(shù)的表征新方法，申請相關(guān)發(fā)明專利2～3項(xiàng)，揭示材料微觀參數(shù)與材料宏觀參數(shù)的關(guān)系，指導(dǎo)材料光電性能的改進(jìn)；探索高In組分多層異質(zhì)成結(jié)新方法，開展異質(zhì)結(jié)微納尺度表面界面和能帶結(jié)構(gòu)的表征與分析，申請相關(guān)發(fā)明專利1～2項(xiàng)，為器件級材料參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)；研究亞波長材料新結(jié)構(gòu)的光學(xué)和電學(xué)特性，探索提高探測靈敏度的亞波長材料結(jié)構(gòu)表征方法，申請相關(guān)發(fā)明專利2～3項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)微納尺度的亞波長局域增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。該課題將為實(shí)現(xiàn)航天應(yīng)用的高靈敏度探測器提供科學(xué)支撐。
課題負(fù)責(zé)人：韋欣
承擔(dān)單位：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
課題四：基于航天應(yīng)用的材料驗(yàn)證與器件研究
圍繞異質(zhì)失配體系InGaAs材料和器件的航天遙感應(yīng)用，研究空間輻照下材料和器件的損傷機(jī)理，實(shí)現(xiàn)低暗電流、高量子效率的器件驗(yàn)證。分析空間輻照對晶格失配InGaAs異質(zhì)探測材料和器件光電性能的影響，明確其損傷機(jī)理，提出航天級近紅外探測材料和器件的抗輻照新途徑、新結(jié)構(gòu)，申請相關(guān)發(fā)明專利2～3項(xiàng)；利用器件研制平臺，結(jié)合材料微納尺度晶格結(jié)構(gòu)和界面特性表征，設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)，開展材料驗(yàn)證，獲得結(jié)區(qū)成型、低溫鈍化和SPP金屬納米結(jié)構(gòu)制備的有效方法，建立晶格失配InGaAs材料特性與器件光電性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，探測器的暗電流密度優(yōu)于1nA/cm2，量子效率提高到80％以上，申請相關(guān)發(fā)明專利2～3項(xiàng)。研制出截止波長為2.5μm的320×256元InGaAs焦平面原型器件，并應(yīng)用于原理樣機(jī)進(jìn)行演示成像，實(shí)現(xiàn)對核心光電材料及器件的驗(yàn)證。
課題負(fù)責(zé)人：龔海梅
承擔(dān)單位：中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、南京大學(xué) |
