Die neuesten Forschungsergebnisse vonLawinenfotodetektor
Die Infrarotdetektionstechnologie findet breite Anwendung in der militärischen Aufklärung, der Umweltüberwachung, der medizinischen Diagnostik und anderen Bereichen. Traditionelle Infrarotdetektoren weisen jedoch Leistungseinschränkungen auf, beispielsweise hinsichtlich der Empfindlichkeit und der Ansprechgeschwindigkeit. InAs/InAsSb-Supergittermaterialien der Klasse II (T2SL) zeichnen sich durch hervorragende photoelektrische Eigenschaften und Abstimmbarkeit aus und sind daher ideal für langwellige Infrarotdetektoren (LWIR) geeignet. Das Problem der schwachen Ansprechzeit bei der LWIR-Detektion ist seit Langem ein Thema und schränkt die Zuverlässigkeit elektronischer Geräteanwendungen erheblich ein. Obwohl Lawinenfotodetektoren (APD-Fotodetektor) weist ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten auf, leidet jedoch unter einem hohen Dunkelstrom bei der Multiplikation.
Um diese Probleme zu lösen, hat ein Team der Universität für Elektronische Wissenschaft und Technologie Chinas erfolgreich eine leistungsstarke Lawinenfotodiode (APD) der Klasse II mit Supergitter (T2SL) für den langwelligen Infrarotbereich entwickelt. Die Forscher nutzten die niedrige Auger-Rekombinationsrate der InAs/InAsSb-T2SL-Absorberschicht, um den Dunkelstrom zu reduzieren. Gleichzeitig wird AlAsSb mit niedrigem k-Wert als Multiplikatorschicht eingesetzt, um das Rauschen des Bauelements zu unterdrücken und gleichzeitig eine ausreichende Verstärkung zu gewährleisten. Dieses Design bietet eine vielversprechende Lösung für die Weiterentwicklung der Detektionstechnologie im langwelligen Infrarotbereich. Der Detektor verwendet ein gestuftes Schichtdesign. Durch die Anpassung des Zusammensetzungsverhältnisses von InAs und InAsSb wird ein sanfter Übergang der Bandstruktur erreicht und die Detektorleistung verbessert. Hinsichtlich der Materialauswahl und des Herstellungsverfahrens beschreibt diese Studie detailliert das Wachstumsverfahren und die Prozessparameter des zur Herstellung des Detektors verwendeten InAs/InAsSb-T2SL-Materials. Die Bestimmung der Zusammensetzung und Dicke des InAs/InAsSb-T2SL ist entscheidend, und eine Parameteranpassung ist erforderlich, um ein Spannungsgleichgewicht zu erzielen. Im Kontext der langwelligen Infrarotdetektion ist für die Erzielung derselben Grenzfrequenz wie bei InAs/GaSb-T2SL eine dickere InAs/InAsSb-T2SL-Einzelperiode erforderlich. Eine dickere Monoperiode führt jedoch zu einer Verringerung des Absorptionskoeffizienten in Wachstumsrichtung und einer Erhöhung der effektiven Masse der Löcher in der T2SL. Es hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe von Sb eine längere Grenzfrequenz erreicht werden kann, ohne die Dicke der Einzelperiode signifikant zu erhöhen. Ein zu hoher Sb-Anteil kann jedoch zur Entmischung von Sb-Elementen führen.
Daher wurde InAs/InAs0,5Sb0,5 T2SL mit einer Sb-Gruppe von 0,5 als aktive Schicht der APD ausgewählt.FotodetektorInAs/InAsSb-T2SL wächst hauptsächlich auf GaSb-Substraten, daher muss die Rolle von GaSb beim Spannungsmanagement berücksichtigt werden. Im Wesentlichen geht es beim Erreichen des Spannungsgleichgewichts darum, die mittlere Gitterkonstante eines Übergitters über eine Periode mit der Gitterkonstante des Substrats zu vergleichen. Im Allgemeinen wird die Zugspannung im InAs durch die vom InAsSb eingebrachte Druckspannung kompensiert, was zu einer dickeren InAs-Schicht als der InAsSb-Schicht führt. In dieser Studie wurden die photoelektrischen Ansprechcharakteristika des Lawinenphotodetektors, einschließlich spektraler Empfindlichkeit, Dunkelstrom, Rauschen usw., gemessen und die Wirksamkeit des gestuften Gradientenschichtdesigns bestätigt. Der Lawinenverstärkungseffekt des Lawinenphotodetektors wurde analysiert und der Zusammenhang zwischen dem Verstärkungsfaktor und der einfallenden Lichtleistung, der Temperatur und anderen Parametern diskutiert.
Abb. (A) Schematische Darstellung eines InAs/InAsSb-Langwellen-Infrarot-APD-Photodetektors; (B) Schematische Darstellung der elektrischen Felder in den einzelnen Schichten des APD-Photodetektors.
Veröffentlichungsdatum: 06.01.2025