Den senaste forskningen avlavinfotodetektor
Infraröd detekteringsteknik används ofta inom militär rekognoscering, miljöövervakning, medicinsk diagnostik och andra områden. Traditionella infraröda detektorer har vissa begränsningar i prestanda, såsom detekteringskänslighet, svarshastighet och så vidare. InAs/InAsSb klass II supergitter (T2SL) material har utmärkta fotoelektriska egenskaper och avstämningsförmåga, vilket gör dem idealiska för långvågiga infraröda detektorer (LWIR). Problemet med svag respons vid långvågig infraröd detektering har varit ett problem under lång tid, vilket i hög grad begränsar tillförlitligheten hos elektroniska enhetstillämpningar. Även om lavinfotodetektorer (APD-fotodetektor) har utmärkt responsprestanda, lider den av hög mörkerström under multiplikation.
För att lösa dessa problem har ett team från University of Electronic Science and Technology i Kina framgångsrikt utformat en högpresterande klass II supergitter (T2SL) långvågig infraröd lavinfotodiod (APD). Forskarna använde den lägre augerrekombinationshastigheten hos InAs/InAsSb T2SL-absorberskiktet för att minska mörkströmmen. Samtidigt används AlAsSb med lågt k-värde som multiplikatorskikt för att undertrycka enhetsbrus samtidigt som tillräcklig förstärkning bibehålls. Denna design ger en lovande lösning för att främja utvecklingen av långvågig infraröd detektionsteknik. Detektorn använder en stegvis nivåindelad design, och genom att justera sammansättningsförhållandet mellan InAs och InAsSb uppnås en smidig övergång av bandstrukturen och detektorns prestanda förbättras. När det gäller materialval och beredningsprocess beskriver denna studie i detalj tillväxtmetoden och processparametrarna för InAs/InAsSb T2SL-materialet som används för att framställa detektorn. Att bestämma sammansättningen och tjockleken hos InAs/InAsSb T2SL är avgörande och parameterjustering krävs för att uppnå spänningsbalans. I samband med långvågig infraröd detektion krävs en tjockare InAs/InAsSb T2SL en enda period för att uppnå samma gränsvåglängd som InAs/GaSb T2SL. Emellertid resulterar en tjockare monocykel i en minskning av absorptionskoefficienten i tillväxtriktningen och en ökning av den effektiva massan av hål i T2SL. Det har visat sig att tillsats av Sb-komponent kan uppnå längre gränsvåglängd utan att signifikant öka tjockleken på den enskilda perioden. Emellertid kan överdriven Sb-sammansättning leda till segregering av Sb-element.
Därför valdes InAs/InAs0,5Sb0,5 T2SL med Sb-grupp 0,5 som det aktiva lagret i APD.fotodetektorInAs/InAsSb T2SL växer huvudsakligen på GaSb-substrat, så GaSbs roll i töjningshantering måste beaktas. I huvudsak innebär att uppnå töjningsjämvikt att jämföra den genomsnittliga gitterkonstanten för ett supergitter under en period med substratets gitterkonstant. Generellt kompenseras dragspänningen i InAs av den tryckspänning som introduceras av InAsSb, vilket resulterar i ett tjockare InAs-lager än InAsSb-lagret. Denna studie mätte lavinfotodetektorns fotoelektriska responsegenskaper, inklusive spektralrespons, mörkerström, brus etc., och verifierade effektiviteten hos designen med stegvisa gradientskikt. Lavinfotodetektorns lavinmultiplikationseffekt analyseras, och förhållandet mellan multiplikationsfaktorn och det infallande ljusets effekt, temperatur och andra parametrar diskuteras.
FIG. (A) Schematiskt diagram över InAs/InAsSb långvågig infraröd APD-fotodetektor; (B) Schematiskt diagram över elektriska fält vid varje lager av APD-fotodetektorn.
Publiceringstid: 6 januari 2025