Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых...
DESCRIPTION
Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te. Румянцев В.В. ТГц диапазон Характеристики приемников Обзор приемников ТГц-диапазона КРТ-приемники. План семинара. Терагерцовое излучение: безвредно для человека менее подвержено рассеянию, чем ИК и видимое - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Длинноволновые ИК-Длинноволновые ИК-фотоприемники фотоприемники
на основе твердых растворов Hgна основе твердых растворов Hg1-1-
xxCdCdxxTeTe
Румянцев В.В.
План семинараПлан семинара
1. ТГц диапазон2. Характеристики приемников
3. Обзор приемников ТГц-диапазона4. КРТ-приемники
ТГц диапазонТГц диапазон
Терагерцовое излучение:безвредно для человека менее подвержено рассеянию, чем ИК и видимое соответствует частотам вращательных и колебательных переходов многих молекул
Следовательно, может применяться в: системах безопасности при медицинской диагностике для экологического мониторинга контроля качества медикаментов и продуктов питания высокоскоростной связи
««Figures of meritFigures of merit»»
Спектр чувствительности
Быстродействие
Рабочая температура
200 300 400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Си
гнал
ФП
, отн
.ед
.
Частота, см-1
110330 T = 4.2K
««Figures of meritFigures of merit»»
««Figures of meritFigures of merit»»
тепловой
дробовойШум
««Figures of meritFigures of merit»»
Types of infrared detectorsTypes of infrared detectors
Приемники ТГц диапазонаПриемники ТГц диапазона
Direct
Heterodine
Uncooled detectorsUncooled detectors
Photoconductive antenna sensorPhotoconductive antenna sensor
Зонная структура Зонная структура CdTe CdTe и и HgTeHgTe
Зависимость ширины запрещенной Зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора от хзоны твердого раствора от х
A .RogalskiHgCdTe infrared detector material: history, status and outlookRep. Prog. Phys. 68, 2267 (2005)
На пути кНа пути к VLWIR VLWIR
100 200 300 400 500 6000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1103304.2 K 77 K
4.2 K 77 K
P
C s
ign
al,
a.u
.
Frequency, cm-1
110429
Фотовозбуждение ТГц-излучениемФотовозбуждение ТГц-излучением ““фемтосекунднойфемтосекундной”” длительности длительности
Спектр излучения, полученного оптическим выпрямлением излучения на кристалле ZnTe
Временное разрешение методики – 1 нс.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
Сиг
нал
ФП
, отн
. ед
.
MCT101007
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
MCT110429
Сиг
нал
ФП
, отн
. ед
.
Модуль контролядлины волны
Лазер накачки
10.9 17.3 мкм0.3-0.07 мДж
Оптическийизолятор Фарадея
Параметрическийгенератор KTP OPO
Переключательзеркал
M3M1
1.064 мкм
/2 /2
ЯчейкаФарадея П2
П1
TD1 M4
M5M6ПО
M8
M7
KTP
/2D2
Параметрическийгенератор ZGP
OPO
Генераторразностной частоты
D3M10
M9
M11
Фильтрующийэлемент
ZG
P1
ZG
P2
M12
M13
Переключателькристаллов
Компенсатор
ДР
ДРM14
CdSe
Подвижнаяплатформа
Поляризационныйфильтр
M15
LiNbO3
Ф
S i
2
РЧ
SFG
1
2 1S
1
M2
1.064 мкм
2.05 мкм
2.3 мкм
2,6 ? 9,63 мкм2.4-0.4 мДж
1,94 ? 2,36 мкм28-41 мДж
Узкополосное (5 см-1), перестраиваемое в диапазоне 11 – 17 мкм излучение.
Временное разрешение методики ~ 5 нс
Лазерный комплекс SOLAR OPO
Фотовозбуждение ИК-излучениемФотовозбуждение ИК-излучением наносекундной длительности наносекундной длительности
100 200 300 400 500 6000,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Си
гн
ал
Ф
П, о
тн
.ед
.
Частота, см-1
17 m
Времена релаксации ФПВремена релаксации ФП
20 22 24 26 28 30 320,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
#101007 Т = 4.2 КС
игн
ал Ф
П, о
тн. е
д
Время, нс
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Си
гнал
ФП
, отн
. ед
Время, нс
#110330 Т = 4.2 К
0 5 10 15 20 25 300,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Си
гнал
ФП
, отн
. ед
Время, нс
#110429 Т = 4.2 К
0 50 100 150 200 250 300 350 4000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
#545-4 Т = 4.2 К
Си
гнал
ФП
, отн
. ед
Время, нс
100 200 300 400 500 600 700 800 9000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
#450-1 Т = 4.2 К#548-4 Т = 4.2 К
Си
гнал
ФП
, отн
. ед
Время, нс
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 450,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Си
гнал
ФП
, отн
. ед
Время, нс
Зависимость времен от красной Зависимость времен от красной границы ФПграницы ФП
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0
100
200
300
400
500
600
700
#101007
#110429
#445-2
#450-1
#545-4
#110330
#548-4
Tim
e, n
s
Cut-off freq, cm-1
От гелия к азоту (образец 110330) От гелия к азоту (образец 110330)
0 200 400 600 800 10000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 #110330 Т = 4.2 К
#110330 Т = 77 К
PC
sig
na
l, a
.u.
Time, ns
Оценка чувствительностиОценка чувствительности
]/)[/(/2
WAlle
l
UePIS d
bI
Для образца 110330 при Т = 77 К размером l = 0.5 см,
толщиной d = 5 мкм, n = 3.7*1014 см-3, μ = 1.9*105 см2/В*с, τ = 0.4 мкс, λс =19 мкм
SI = 5 A/W
Найквистовские шумы малы, для дробового шума
NEP = In/SI ~ 6*10-12 W*Hz-1/2
Ампер-ваттная чувствительность (при 100% квантовой эффективности):
]*[10*3)()( 2/1112/12/1 HzAfdneeUfeII bn
За кадромЗа кадром
Механизмы релаксации◦Шокли-Рид-Холл◦Оже◦Излучательная