研究内容：
为满足我国航天应用对地遥感、天文观测和深空探测等领域极弱信号近红外探测的需求，以获得极低暗电流和高量子效率的III-V族InGaAs近红外探测器为牵引，以研究低缺陷密度和高光电转换效率的失配体系InGaAs材料为主线，对高In组分异质材料能带和载流子输运进行科学调控，揭示失配体系材料的界面特性与缺陷形成、演化及作用机理，提出高In组分异质探测材料新结构和微光敏区参数表征新方法，建立多层异质材料微纳尺度物性与探测器关键性能参数（量子效率、暗电流）的相关性。围绕超高灵敏度的高In组分异质探测材料结构－材料生长－材料物性－器件性能的研究链，设计高In组分异质材料结构，控制低缺陷生长过程，从而得到航天应用的高性能高In组分异质材料，进行器件验证。
关键科学问题：
本项目针对高In组分的InGaAs异质失配材料体系进行如下四个方面的关键科学问题的研究。
1、高In组分异质探测材料能带调控与载流子输运机制：针对多层异质外延体系的晶格失配和能带不连续性的问题，引入新型缓冲结构和界面量子结构，获得高性能探测材料结构设计的科学依据；
2、高探测灵敏度的亚波长结构光场增强和局域化物理机理：采用薄吸收区结合等离子体激元（SPP）局域增强的新结构，为高In组分InGaAs探测器暗电流的降低和量子效率的提高提供新思路；
3、失配体系异质探测材料缺陷的形成机制、演化效应及控制：认知较大失配体系下高In组分InGaAs多层异质外延材料的缺陷行为的复杂性，掌握降低外延材料缺陷密度的规律性；
4、材料微光敏区参数的表征及其与航天应用器件性能的关联性：获得与探测器性能直接相关的多层异质探测材料关键参数，以航天应用器件为导向，研究空间辐照对高In组分InGaAs材料体系影响最为重要的因素，实现高性能近红外核心探测材料。
总体目标：
面向国家战略需求，本项目以新思路发展近红外探测材料结构设计、材料生长及基于器件功能材料表征的新结构、新方法或新途径，探索并研发InGaAs材料体系，研究InGaAs异质探测材料体系能带精细结构和生长控制，研究失配体系的材料界面特性和缺陷行为，有效地改善材料的光电性能，建立材料微观结构和器件关键性能参数之间的动态联系，指导外延材料晶格质量、能带分布以及生长行为的控制，通过低缺陷密度、高光电转换效率的InGaAs异质探测材料深入系统的基础研究，形成我国与国际水平同步、具有鲜明特色和自主知识产权的近红外核心探测材料，高In组分异质材料的缺陷密度降低到1×105cm-2以下；同时与集成创新相结合，积极将基础研究成果应用于器件与系统的原理验证，研究由材料应用到器件过程中的新现象、新效应及其空间应用辐照机理，实现高灵敏度的原型器件，截止波长为2.5微米，暗电流密度在目前100nA/cm2的基础上降低两个数量级至1nA/cm2，量子效率由50％提高到80％以上，达到国际先进水平。本项目的实施将为满足我国航天近红外遥感仪器跨代发展和中长期需求奠定科学技术基础和创新团队基础。 |
