作者单位
摘要
郑州大学电气与信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南 郑州 450001
二维光子Moiré超晶格拥有一些常规光子晶体不具备的特性,例如平带特征和不同于安德森局域化的光局域现象。本文利用多光束干涉法构建二维光子Moiré超晶格结构,采用有限元法对其能带结构及光场特性进行研究。通过优化Moiré晶格厚度、空气孔半径对其平带及局域特性的影响,得到了高局域特性的Moiré晶格结构。研究中发现,正方晶格具有不同于六角晶格的准狄拉克锥光局域化效应。本文研究结果对发展高性能微纳结构器件具有重要参考价值。
光子晶体 光子Moiré超晶格 多光束干涉 平带 光局域 
光学学报
2024, 44(4): 0431001
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东青岛 266555
光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。
太赫兹时域光谱仪 光电导天线 分子束外延 InGaAs/InAlAs超晶格 terahertz time-domain spectrometer photoconductive antenna Molecular Beam Epitaxy InGaAs/InAlAs superlattices 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1403
作者单位
摘要
1 昆明理工大学 理学院,云南 昆明 650091
2 云南大学 物理与天文学院,云南 昆明 650091
本文系统报道了基于InAs/GaSb Ⅱ类超晶格(T2SLs)的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs 衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明,以InAs 为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1-xSbx、PB1IB2N 型的结构为相对优化的器件结构设计,结合ZnS 和Ge 的多层膜结构设计或者重掺杂缓冲层,同时采用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma)干法刻蚀工艺,该器件的50%截止波长可达12 ?m,量子效率(quantum efficiency)可提升到65%以上,暗电流密度降低至1×10-5 A/cm2。并归纳总结了InAs/GaSb T2SLs 长波红外探测器未来的发展趋势。
InAs/GaSbⅡ类超晶格 器件结构 暗电流 量子效率 结构优化 InAs/GaSb type-II superlattices, device structure, 
红外技术
2023, 45(8): 799
作者单位
摘要
1 北京邮电大学 信息光子学与光通信全国重点实验室,北京 100876
2 超晶科技(北京)有限公司,北京 100083
3 西南技术物理研究所,成都 610041
4 电子科技大学 基础与前沿研究院,成都 610054
二类超晶格(T2SL)相对于其它制冷型红外探测器材料体系,具有成本低、均匀性高、工艺兼容性好等特点,且波长灵活可调、俄歇复合速率低。k·p方法作为一种常用且相对成熟的能带结构仿真技术,具有计算精度高、节省计算资源等特点,在T2SL的仿真中受到了广泛的关注。梳理了中波、长波、甚长波T2SL红外探测器的仿真进展,归纳了k·p方法的发展过程,以及该方法在T2SL红外探测器仿真中的进展和作用,直观展示k·p方法在超晶格仿真工作中的准确性与便利性; 重点讨论了T2SL探测器的暗电流机制、量子效率和吸收光谱等性质,对T2SL红外探测器的研究和应用前景进行展望。采用包络函数近似下的k·p方法可以对超晶格材料的能带结构和电子性质进行较为准确的理论分析和仿真计算。
探测器 二类超晶格 k·p方法 器件仿真 detectors type-Ⅱ superlattices the k·p method device simulation 
激光技术
2023, 47(4): 439
薛婷 1,2黄建亮 1,2,*鄢绍龙 1,2张艳华 1,2马文全 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
为了提高红外探测器的工作温度,基于InAs/GaSb II类超晶格材料设计了一种五级带间级联结构中波红外光电探测器,并采用分子束外延技术和标准化光刻及刻蚀技术进行了器件的制备。在77 K时,该器件的50%截止波长是4.02 μm,在0 V时峰值探测率为1.26×1012 cm·Hz1/2/W;在300 K零偏压下,该器件的50%截止波长是4.88 μm,峰值探测率为1.28×109 cm·Hz1/2/W,实现了高温探测。从180 K到300 K,器件的暗电流主要由扩散电流主导。在77 K到220 K温度范围的暗电流曲线中观察到了负微分电阻现象,并解释了峰谷电流比相对于温度变化的趋势。研究结果表明,具有带间级联结构的T2SL探测器可以进行室温工作,在中波范围内有比较明显的优势。
半导体探测器 中波 分子束外延 带间级联探测器 InAs/GaSb超晶格 Semiconductor photodetector Mid wavelength Molecular beam epitaxy Interband cascade photodetector InAs/GaSb superlattices 
光子学报
2023, 52(10): 1052405
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We report on a long wavelength interband cascade photodetector with type II InAs/GaSb superlattice absorber. The device is a three-stage interband cascade structure. At 77 K, the 50% cutoff wavelength of the detector is 8.48 μm and the peak photoresponse wavelength is 7.78 μm. The peak responsivity is 0.93 A/W and the detectivity D* is 1.12 × 1011 cm·Hz0.5/W for 7.78 μm at –0.20 V. The detector can operate up to about 260 K. At 260 K, the 50% cutoff wavelength is 11.52 μm, the peak responsivity is 0.78 A/W and the D* is 5.02 × 108 cm·Hz0.5/W for the peak wavelength of 10.39 μm at –2.75 V. The dark current of the device is dominated by the diffusion current under both a small bias voltage of –0.2 V and a large one of –2.75 V for the temperature range of 120 to 260 K.We report on a long wavelength interband cascade photodetector with type II InAs/GaSb superlattice absorber. The device is a three-stage interband cascade structure. At 77 K, the 50% cutoff wavelength of the detector is 8.48 μm and the peak photoresponse wavelength is 7.78 μm. The peak responsivity is 0.93 A/W and the detectivity D* is 1.12 × 1011 cm·Hz0.5/W for 7.78 μm at –0.20 V. The detector can operate up to about 260 K. At 260 K, the 50% cutoff wavelength is 11.52 μm, the peak responsivity is 0.78 A/W and the D* is 5.02 × 108 cm·Hz0.5/W for the peak wavelength of 10.39 μm at –2.75 V. The dark current of the device is dominated by the diffusion current under both a small bias voltage of –0.2 V and a large one of –2.75 V for the temperature range of 120 to 260 K.
interband cascade infrared photodetector type II superlattices long wavelength 
Journal of Semiconductors
2023, 44(4): 042301
Xinyu Huang 1Xu Han 1,2,3Yunyun Dai 1Xiaolong Xu 4[ ... ]Yuan Huang 1,5,***
Author Affiliations
Abstract
1 Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
3 School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 School of Integrated Circuits and Electronics, MIIT Key Laboratory for Low-Dimensional Quantum Structure and Devices, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
5 BIT Chongqing Institute of Microelectronics and Microsystems, Chongqing 401332, China
Moiré superlattices are formed when overlaying two materials with a slight mismatch in twist angle or lattice constant. They provide a novel platform for the study of strong electronic correlations and non-trivial band topology, where emergent phenomena such as correlated insulating states, unconventional superconductivity, and quantum anomalous Hall effect are discovered. In this review, we focus on the semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDs) based moiré systems that host intriguing flat-band physics. We first review the exfoliation methods of two-dimensional materials and the fabrication technique of their moiré structures. Secondly, we overview the progress of the optically excited moiré excitons, which render the main discovery in the early experiments on TMD moiré systems. We then introduce the formation mechanism of flat bands and their potential in the quantum simulation of the Hubbard model with tunable doping, degeneracies, and correlation strength. Finally, we briefly discuss the challenges and future perspectives of this field.Moiré superlattices are formed when overlaying two materials with a slight mismatch in twist angle or lattice constant. They provide a novel platform for the study of strong electronic correlations and non-trivial band topology, where emergent phenomena such as correlated insulating states, unconventional superconductivity, and quantum anomalous Hall effect are discovered. In this review, we focus on the semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDs) based moiré systems that host intriguing flat-band physics. We first review the exfoliation methods of two-dimensional materials and the fabrication technique of their moiré structures. Secondly, we overview the progress of the optically excited moiré excitons, which render the main discovery in the early experiments on TMD moiré systems. We then introduce the formation mechanism of flat bands and their potential in the quantum simulation of the Hubbard model with tunable doping, degeneracies, and correlation strength. Finally, we briefly discuss the challenges and future perspectives of this field.
flat-band physics two-dimensional materials moiré superlattices Hubbard model moiré excitons 
Journal of Semiconductors
2023, 44(1): 011901
怀运龙 1,2朱虹 1,2朱赫 1,2刘家丰 1,2[ ... ]黄勇 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 纳米技术与纳米仿生学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件及其应用重点实验室,江苏 苏州 215123
3 上海科技大学 物质科学与技术学院,上海 201210
4 中国科学技术大学 纳米科学技术学院,江苏 苏州 215123
提出了采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长无Ga且应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格,并探索了其作为红外吸收材料的可行性。首先采用k·p理论计算了InAsP/InAsSb超晶格的带隙,发现其波长调节范围可以从中波红外到长波红外。然后通过MOCVD技术在InAs衬底上生长了InAs0.8P0.2/InAs0.7Sb0.3超晶格。XRD测试结果表明,InAs衬底峰与超晶格零级卫星峰的失配仅61",即基本实现应力平衡;AFM测试材料表面形貌显示5 μm×5 μm范围内均方根粗糙度为0.4 nm;低温PL光谱显示较强的发光,峰位于3.3 μm的中波红外波段,接近设计值。这些结果表明采用MOCVD生长应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格作为红外探测材料具有较好的可行性和实用性。
金属有机化学气相沉积 InAsP/InAsSb超晶格 中波红外 metal organic chemical vapor deposition(MOCVD) InAsP/InAsSb superlattices mid-wavelength infrared 
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 995
史睿 1,2周建 1白治中 1徐志成 1[ ... ]陈建新 1,*
作者单位
摘要
1 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
2 上海科技大学 信息学院,上海 201210
本文基于长波InAs / GaSb II类超晶格红外焦平面阵列(Focal Plane Array,FPA)设计和生长了由ZnS和Ge组成的多层薄膜结构。与没有多层薄膜的FPA相比,多层薄膜使其响应峰位置从8.7 μm和10.3 μm分别移动到9.8 μm和11.7 μm,50%响应截止波长从11.6 μm移动至12.3 μm,并且在波长为12 μm处的响应强度增加了69%。总之,优化的多层薄膜可以调控FPA的响应波长,这为实现更高灵敏度和更高成像能力的长波红外探测提供了更好的平台。
II类超晶格 焦平面阵列 多层薄膜 响应调控 Type-II superlattices FPAs multi-coatings tunable response 
红外与毫米波学报
2022, 41(1): 018
作者单位
摘要
深圳大学 微纳光电子学研究院,广东 深圳 518060
近零等效介电常数超材料以其近乎等于零的等效介电常数所赋予的电磁特性使其在理论研究和工程应用中均有可观的价值,是电磁超材料领域研究热点之一。本文系统总结了为了解决现有近零介电常数超材料工作频率单一的不足,以等效介质理论的Bergman-Milton谱表述理论为基础,结合超材料典型微观结构等效介电常数谱表述的特点,建立宽频近零介电常数超材料的谱表述理论,并以此为基础设计具有宽频近零介电常数超材料的研究成果。理论上,对超材料的材料特性和微观结构特性抽象化,实现了对具备超晶格构型的宽频近零介电常数超材料的快速建构,解释了宽频近零介电常数的物理原理,并获得了数值模拟的验证。同时,在应用方面,根据宽频近零介电常数超材料的物理特性,突出展示了所设计的宽频近零介电常数超材料在宽频电磁隧穿与聚焦、宽频电磁波定向发射、宽频电磁波波前调制等方面的应用。
超材料 超表面 超晶格 复合介质 等效介质理论 Bergman-Milton谱表述理论 电磁隧穿 Metamaterials Metasurfaces Superlattices Composite materials Effective medium theory Bergman-milton spectral representation theory Electromagnetic tunneling 
光子学报
2022, 51(1): 0151107

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