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
![Page 1: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/1.jpg)
Длинноволновые ИК-Длинноволновые ИК-фотоприемники фотоприемники
на основе твердых растворов Hgна основе твердых растворов Hg1-1-
xxCdCdxxTeTe
Румянцев В.В.
![Page 2: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/2.jpg)
План семинараПлан семинара
1. ТГц диапазон2. Характеристики приемников
3. Обзор приемников ТГц-диапазона4. КРТ-приемники
![Page 3: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/4.jpg)
««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
![Page 5: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/5.jpg)
««Figures of meritFigures of merit»»
![Page 6: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/6.jpg)
««Figures of meritFigures of merit»»
тепловой
дробовойШум
![Page 7: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/7.jpg)
««Figures of meritFigures of merit»»
![Page 8: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/8.jpg)
Types of infrared detectorsTypes of infrared detectors
![Page 9: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/9.jpg)
Приемники ТГц диапазонаПриемники ТГц диапазона
Direct
Heterodine
![Page 10: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/10.jpg)
Uncooled detectorsUncooled detectors
![Page 11: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/11.jpg)
Photoconductive antenna sensorPhotoconductive antenna sensor
![Page 12: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/12.jpg)
Зонная структура Зонная структура CdTe CdTe и и HgTeHgTe
![Page 13: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/13.jpg)
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)
![Page 14: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/15.jpg)
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
.
![Page 16: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Длинноволновые ИК-фотоприемники на основе твердых растворов Hg 1-x Cd x Te](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813a36550346895da21efb/html5/thumbnails/21.jpg)
За кадромЗа кадром
Механизмы релаксации◦Шокли-Рид-Холл◦Оже◦Излучательная