赵雨辰 郑家欢 王勇 席晓莉‡ 宋海智

1) (西安理工大学先进导航与电磁技术研究所,西安 710048)

2) (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都 610054)

3) (西南技术物理研究所,成都 610041)

具有超导绝缘相变特性的纳米多孔超导薄膜在红外光电探测领域有着潜在的应用价值,而其在红外波段的宽带光响应特性研究目前尚未见报道.为此,本文以纳米多孔氮化铌(NbN)薄膜为主要对象,研究了其在780—5000 nm 的近、中红外波长范围内的光响应特性.首先,采用Drude 模型拟合的方法,不仅将对实验数据拟合的精度提高了约17%,而且得到了中红外波段的NbN 光学参数;进而,采用时域有限差分法分析了加载纳米多孔NbN 薄膜的背面对光器件的光响应特性,并给出了能够将纳米多孔薄膜简化为均匀薄膜的Bruggeman 等效模型,从而可以将纳米多孔NbN 薄膜光响应特性的仿真维度由三维降为一维;最后,基于等效模型和传输矩阵法,对加载纳米多孔NbN 薄膜的背面对光器件在近、中红外波段内的光吸收特性进行了优化设计.结果表明:一方面,使用Bruggeman 等效模型简化设计过程并不会影响最终结果的正确性;另一方面,仅仅是加载较为简单的光学腔,即可使得探测器的薄膜光吸收率在近、中红外宽带设计时均大于82%,在近红外双波长设计时均大于93.7%,并且多孔薄膜结构具有天然的极化不敏感特性.

1 引言

自从1917 年Case 在美国军方支持下利用硫化铊(thallium sulphide,Tl2S)研制的第一个光导型红外探测器问世以来,现代红……