| 题名 | 皮秒激光泵浦-探测在窄禁带半导体中的应用研究所 |
| 作者 | 马法君 |
| 答辩日期 | 2010-11-26 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陆卫 ; 李志锋 |
| 关键词 | Hgcdte Gainnas 深能级吸收 泵浦-探测 载流子动力学 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 通常对半导体载流子寿命的研究多在常规的测试系统上展开，而超短脉冲激光研究半导体载流子动力学也具有非常重要的实用价值。在深能级研究方面，泵浦-探测检测方法也具有非常明显的优势，它是直接用光学方法检测光学激活的深能级，即探测器性能中最需要关注的深能级，并且本方法不需要制作电极，直接用光学方法进行测试，简化了测试的工艺步骤。本文利用皮秒脉冲激光泵浦-探测的方法对碲镉汞薄膜和GaInNAs薄膜等红外材料进行了研究，取得了一些成果，主要包括以下几个方面：(1) 设计和搭建了皮秒泵浦-探测实验平台，包括延迟线设计，数据接口和控制程序设计，并且提出了解决实验中环境，电子噪声和光路偏移的方法。在控制线连接方面，Zolix SC300系列平移台通过RS232串口线连接控制箱，控制箱通过RS232串口线连接计算机。计算机程序可以读取探头和延迟线的数据，同时写入延迟线速度、位置和加速度等参数，对实验数据进行处理，最后将数据写入硬盘；控制系统一旦运行，就可以对设备检查连接操作，如果正常，将连接相关设备。延迟线使用角锥棱镜代替两面反射镜。采用CCD解决泵浦光和探测光的焦点重合问题：被固定在延迟线的支架上面的CCD可以将光斑的面积和形状显示在电脑显示器件上，然后可以通过分析识别实现光路的准直。(2) 使用皮秒泵浦-探测方法对碲镉汞外延薄膜材料进行了研究。采用皮秒泵浦-探测发现除了类似于一般的泵浦-探测实验的在延迟时间零点附近探测光的差分透射强度出现饱和现象之外，在经过饱和之后探测光的差分透射强度迅速下降达到一个数值为负的极小值，之后再增加并缓慢地恢复到接近于零。通过借鉴用于低温生长GaAs中的速率方程模型，并且引入两个深能级弛豫时间，对实验获得的差分透射强度随延迟时间的变化曲线进行了很好的拟合，提取到弛豫时间的数值，各弛豫过程的时间常数为：t1=0.70 ps，t2=13.4 ps，t3=902 ps。同时获得了弛豫时间随泵浦脉冲能量的变化关系，并且进行了定性地分析。在不同激发强度下的差分透射强度均表现出相类似的延时变化特征，理论曲线均能够与实验结果较好地吻合。随着泵浦激光脉冲能量的增加τ1和τ2的过程时间变短。存在两种机制可能造成这种现象，即受激辐射机制和俄歇复合机制。随着激光脉冲能量的增加τ3不是减小而是增加的，并且在脉冲能量增加到较大时趋向于一个稳定的寿命。本文认为是载流子扩散造成这种实验现象。由于碲镉汞材料自身的复杂性，例如可能同时存在汞空位、碲团聚和位错等多种缺陷，因此，本文的结果对于发展碲镉汞光电器件，特别是发展碲镉汞超快光电器件，以及对于深入理解碲镉汞材料中缺陷的行为等将有着一定的参考价值。(3) 用皮秒脉冲简并泵浦-探测方法对载流子和声子动力学其进行了初步的研究。使用简并泵浦-探测方法研究了GaInNAs薄膜载流子动力学。时间分辨差分透射谱为负值，表明光诱导中深能级存在。后来差分透射谱极小值通过一个时间常数恢复到零。通过速率方程模型，并且引入一个深能级弛豫时间，由拟合参数得到τ1、τ2的数值分别为12.1 ps和1.2 ns，意味着在泵浦光激发样品使材料中价带电子被激发到导带上之后，又在12.1 ps时间内迅速被深能级俘获，导致材料的吸收增加，而在深能级俘获的电子往价带的驰豫过程较为缓慢，约1.2 ns以后逐步衰减到零的水平。除了观测到主要载流子弛豫信号，同时发现一个明显的信号，这种调制通过傅里叶变换可以得到在0.38 THz低频。对GaInNAs薄膜中这种与材料结构和机理都密切相关的实验现象进行了分析，认为它可能是一个纵向声学（Longitude Acoustic）的声子。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4848]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马法君. 皮秒激光泵浦-探测在窄禁带半导体中的应用研究所[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
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