| 题名 | 基于量子点的单光子探测机理研究 |
| 作者 | 王旺平 |
| 答辩日期 | 2010-06-03 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陆卫 ; 李宁 |
| 关键词 | 单光子探测 共振隧穿 场效应 量子点 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 由于光的量子化特性，探测器的极限灵敏度是具有单光子响应。在科学研究和工程应用上有很多技术需要这么高灵敏度的光探测器件，如生物光学应用、时间分辨光谱系统、遥感探测等。最近单光子探测器件在光量子信息技术上获得了广泛应用，如量子密码系统和线性光量子计算等。量子密码系统中需要单光子探测器件来探测光量子密码，而光量子计算需要单光子探测器件探测光量子比特，这些系统对单光子探测器件提出了严格要求，也是单光子探测技术发展的驱动力。 本论文在分析各种单光子探测技术优缺点的基础上，对基于量子点的单光子探测机理和器件工艺进行了深入研究。单光子探测的实现方式是探测量子点俘获光生空穴后的电势变化，利用量子点集成的共振隧穿二极管（QDRTD）或量子点栅控的场效应管（QDFET）来探测量子点电子占据的变化。本论文对量子点单光子探测器件的贡献如下：1. 对QDRTD，传统的探测机理是将量子点置于共振隧穿器件结构（RTD）的耗尽区，利用RTD共振隧穿电流的变化探测量子点电势的变化，并没有利用量子点三维限制导致的分立的态密度优势。我们将量子点置于RTD的电子积累区，对合适的RTD器件结构和器件几何结构，发现电子可以共振隧穿过量子点和量子阱（0D-2D），该隧穿过程对量子点共振能级的电子占据变化非常敏感。 2. 利用QDRTD的交叉桥器件工艺，将基于共振隧穿放大效应的QDRTD和基于场效应放大的QDFET集成到一个器件（FE-QDRTD）中：a) 对1010 cm-2量子点密度，器件工作模式为QDFET模式；对1011 cm-2量子点密度，器件工作模式可以在QDRTD和QDFET中切换，取决于不同的偏压。b) 不同于传统的QDFET，FE-QDRTD的二维电子气（2DEG）由发射极电子隧穿进入量子阱形成，因而2DEG的电子浓度可以由偏压调节。相比量子阱共振隧穿的QDRTD，QDFET工作模式下的FE-QDRTD的光响应和光强动态范围都高出了两个量级，峰值光响应达到1010 A/W。相比量子点共振隧穿的QDRTD，FE-QDRTD具有类似的光子动态范围，但是仍然有高出两个量级的光响应。 另外，本论文对QDRTD的基础—交叉桥的RTD也做了深入研究，发现交叉桥器件工艺引入了较大的内电阻（10-20 KΩ），使得器件的电流-电压曲线出现突变的负阻区和外双稳态效应，同时使得负阻区的振荡频率降低到MHz量级。我们利用电容-频率谱直接观察到了负阻区的振荡效应，这在国外的文献中还没有相关报道。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5158]  |
| 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 | 王旺平. 基于量子点的单光子探测机理研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
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