《CdSe/PbSnSe拓撲絕緣體量子阱紅外光學性質研究》是依託電子科技大學,由劉興釗擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CdSe/PbSnSe拓撲絕緣體量子阱紅外光學性質研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉興釗
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以長波紅外探測為背景，以分子束外延為基本手段，採用拓撲絕緣體PbSnSe與半導體CdSe構造多量子阱；採用角分辨光電子譜測量PbSnSe薄膜表面能帶，採用紅外吸收譜表征量子阱中PbSnSe層的光學禁頻寬度，在實現Sn含量、PbSnSe薄膜厚度及界面結構有效控制的基礎上，探索PbSnSe薄膜光學禁頻寬度、光電導特性隨量子阱結構特徵的變化規律，建立起電子能帶與薄膜組份、薄膜厚度、界面特性之間的相互關係，為紅外吸收帶邊的有效調控奠定基礎；通過光電導器件表征CdSe/PbSnSe量子阱的紅外光電導特性，建立起量子阱紅外光電導特性隨輻射波長、輻射強度的變化規律，為評估其在長波紅外探測方面的套用價值奠定基礎。
結題摘要
根據長波紅外探測技術的發展需求，針對HgCdTe材料製備所遇到的技術難題，結合窄禁帶半導體PbSnSe的物性的優缺點，本項目申請所提出的研究思路是：通過Sn含量變化，使PbSnSe薄膜處於拓撲晶體絕緣體態，利用其表面Dirac錐狀能帶結構，為光生載流子提供高速輸運通道，並採用拓撲絕緣體PbSnSe與半導體CdSe構造多量子阱，提高長波紅外光子的吸收比率，為高性能長波紅外探測器件發展探索可能的材料技術方案。在項目實施過程中，雖然研究結果顯示：通過Sn組份變化實現了PbSnSe薄膜禁頻寬度有效調控，滿足了長波紅外光子吸收的技術要求，但由於在六角鉛鋅礦結構CdSe表面外延生長PbSnSe時，其面記憶體在三種外延關係，所生長PbSnSe薄膜存在30º大角晶界，導致其光電回響特性並不好；再加之，由於較為嚴重的界面反應，導致PbSnSe/CdSe量子阱的光吸收帶邊難以有效調控，沒能實現預想的實驗結果，為此，項目開展了其它方案的探索，包括：PbSnSe/MoSe2異質結、PbSnSe/石墨烯異質結以及PbSnSe/Bi2Se3異質結。雖然，MBE原位構造的PbSnSe/MoSe2異質結具有優異的探測率技術指標，但因MBE生長的MoSe2薄膜載流子遷移率低，其時間回響特性的下降時間常數仍然不理想，為百毫米量級。此外，雖然，通過轉移技術構造的PbSnSe/石墨烯異質結也具有優異的器件靜態特性，但因石墨烯轉移過程所引入的界面污染，導致其動態回響特性也不好。為此，項目採用MBE原位構造了PbSnSe/Bi2Se3異質結，不僅實現了光生載流子從PbSnSe向Bi2Se3薄膜的電荷轉移，所研製光伏型中波紅外探測器具有優異的靜態回響特性，光回響度約為3.9A/W，探測率約為8.7×1011 Jones，而且Bi2Se3薄膜表面Dirac錐狀能帶結構也為載流子提供了高速輸運通道，大大改善了器件的回響時間特性，上升時間和下降時間均小於25ms，超出了所用設備測量極限。總之，雖然研究過程否定了項目申請時所提構想，但通過其它方案的探索，項目最終獲得了良好的實驗結果，PbSnSe/Bi2Se3異質結是Ⅳ-Ⅵ族半導體紅外探測器件的可行方案，將對大面陣長波紅外成像晶片發展提供技術選擇。
