單光子探測(cè)儀的材料

超導(dǎo)TES單光子探測(cè)器本質(zhì)上屬于熱探測(cè)器的一種。典型的熱探測(cè)器包括吸收能量的吸收體，測(cè)量溫度變化的溫度計(jì)，維持恒定溫度的熱沉，以及吸收體和熱沉之間的弱熱連接。測(cè)器的核心是由一層生長(zhǎng)在硅襯底上、尺寸在20 m×20 m左右、厚度為幾十納米的超導(dǎo)薄膜。在薄膜的兩端施加恒定電壓，由于低溫下薄膜中電子與聲子之間的弱熱耦合作用，焦耳熱功率的存在使薄膜電子系統(tǒng)的溫度Te高于聲子系統(tǒng)的溫度Tp，這被稱為“熱電子”效應(yīng).作為單光子探測(cè)器使用時(shí)，超導(dǎo)薄膜中的電子系統(tǒng)同時(shí)承擔(dān)了熱探測(cè)器的吸收體和TES溫度計(jì)的雙重功能。由于薄膜中聲子系統(tǒng)與硅襯底之間較強(qiáng)的熱耦合作用，聲子系統(tǒng)的溫度等于硅襯底的溫度(Tp=Tb)，聲子系統(tǒng)充當(dāng)了熱探測(cè)器中的熱沉。薄膜電子系統(tǒng)和聲子系統(tǒng)之間的弱熱耦合構(gòu)成了熱探測(cè)器所需要的弱熱連接。

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單光子探測(cè)器介紹

通過(guò)量子阱的子帶躍遷光吸收改變自身帶電狀態(tài)來(lái)調(diào)控另一個(gè)量子阱中的二維電子橫向輸運(yùn)特性，從而產(chǎn)生可探測(cè)的電導(dǎo)變化。這種雙量子阱電容耦合的結(jié)構(gòu)具有很高的非線性放大系數(shù)，從而具有很高的探測(cè)效率，響應(yīng)波長(zhǎng)可以從遠(yuǎn)紅外設(shè)計(jì)至THz波段。針對(duì)器件特性設(shè)計(jì)增益可調(diào)讀出電路，進(jìn)一步研制成工業(yè)級(jí)微型光譜儀。

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光子型探測(cè)器的材料

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三元合金半導(dǎo)體碲鎘(Hg1-xCdxTe)是一種有重要應(yīng)用價(jià)值的探測(cè)器材料，它的禁帶寬度隨組成而變化。調(diào)節(jié)x值，可將探測(cè)器的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)選擇在1～30微米之間任何一個(gè)波長(zhǎng)上，其中x=0.20左右的材料（相應(yīng)的探測(cè)器峰值響應(yīng)波長(zhǎng)在 8～13微米）。碲鎘材料還具有介電常數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小，電子遷移率高等優(yōu)點(diǎn)，適宜于制作高性能、多用途和新穎結(jié)構(gòu)的光子型探測(cè)器。掃積型光子探測(cè)器就是以碲鎘材料為優(yōu)選材料做成的新穎結(jié)構(gòu)的光子探測(cè)器。器件所接受的光照是一個(gè)自左向右掃描的光點(diǎn)。器件兩端加以偏置電壓。當(dāng)照射在某一位置上的光點(diǎn)激發(fā)出光生載流子后，這些載流子即在偏置電壓的驅(qū)動(dòng)下向信號(hào)讀出區(qū)作漂移運(yùn)動(dòng)。選擇光點(diǎn)掃描速度，使它嚴(yán)格等于光生載流子的遷移速度。這樣，當(dāng)光點(diǎn)從器件一端掃到另一端時(shí)所產(chǎn)生的光生載流子可以同步地累積在一起，并進(jìn)入信號(hào)讀出區(qū)。與光電導(dǎo)探測(cè)器相似，形成電信號(hào)。掃積型探測(cè)器的偏置電壓要足夠大，使載流子在漂移過(guò)程中來(lái)不及復(fù)合，也來(lái)不及擴(kuò)散。器件不能過(guò)長(zhǎng)，單光子檢測(cè)器多少錢，一般只相當(dāng)于含10～20單元的線列器件的長(zhǎng)度。

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