Η τελευταία έρευνα τουφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας
Η τεχνολογία υπέρυθρης ανίχνευσης χρησιμοποιείται ευρέως στη στρατιωτική αναγνώριση, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, την ιατρική διάγνωση και άλλους τομείς. Οι παραδοσιακοί ανιχνευτές υπερύθρων έχουν ορισμένους περιορισμούς στην απόδοση, όπως ευαισθησία ανίχνευσης, ταχύτητα απόκρισης και ούτω καθεξής. Τα υλικά InAs/InAsSb Class II superlattice (T2SL) έχουν εξαιρετικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες και δυνατότητα συντονισμού, καθιστώντας τα ιδανικά για ανιχνευτές υπερύθρων μακρών κυμάτων (LWIR). Το πρόβλημα της αδύναμης απόκρισης στην ανίχνευση υπερύθρων μακρών κυμάτων έχει απασχολήσει εδώ και πολύ καιρό, γεγονός που περιορίζει σημαντικά την αξιοπιστία των εφαρμογών ηλεκτρονικών συσκευών. Αν και φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας (Φωτοανιχνευτής APD) έχει εξαιρετική απόδοση απόκρισης, υποφέρει από υψηλό σκοτεινό ρεύμα κατά τον πολλαπλασιασμό.
Για να λύσει αυτά τα προβλήματα, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας σχεδίασε με επιτυχία μια φωτοδίοδο υπέρυθρης χιονοστιβάδας (APD) μακρών κυμάτων υπερπλέγματος κατηγορίας II υψηλής απόδοσης (T2SL). Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον χαμηλότερο ρυθμό ανασυνδυασμού κοχλία του στρώματος απορρόφησης InAs/InAsSb T2SL για να μειώσουν το σκοτεινό ρεύμα. Ταυτόχρονα, το AlAsSb με χαμηλή τιμή k χρησιμοποιείται ως το πολλαπλασιαστικό στρώμα για την καταστολή του θορύβου της συσκευής διατηρώντας παράλληλα επαρκή κέρδος. Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει μια πολλά υποσχόμενη λύση για την προώθηση της ανάπτυξης τεχνολογίας ανίχνευσης υπέρυθρων μεγάλων κυμάτων. Ο ανιχνευτής υιοθετεί μια κλιμακωτή σχεδίαση και ρυθμίζοντας την αναλογία σύνθεσης των InAs και InAsSb, επιτυγχάνεται η ομαλή μετάβαση της δομής της ζώνης και η απόδοση του ανιχνευτή βελτιώνεται. Όσον αφορά τη διαδικασία επιλογής και προετοιμασίας υλικού, αυτή η μελέτη περιγράφει λεπτομερώς τη μέθοδο ανάπτυξης και τις παραμέτρους διεργασίας του υλικού InAs/InAsSb T2SL που χρησιμοποιείται για την προετοιμασία του ανιχνευτή. Ο προσδιορισμός της σύνθεσης και του πάχους του InAs/InAsSb T2SL είναι κρίσιμος και απαιτείται προσαρμογή παραμέτρων για την επίτευξη ισορροπίας τάσης. Στο πλαίσιο της ανίχνευσης υπέρυθρων μακρών κυμάτων, για να επιτευχθεί το ίδιο μήκος κύματος αποκοπής με το InAs/GaSb T2SL, απαιτείται μια παχύτερη μονή περίοδος InAs/InAsSb T2SL. Ωστόσο, ο παχύτερος μονόκυκλος έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του συντελεστή απορρόφησης προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης και την αύξηση της αποτελεσματικής μάζας των οπών στο T2SL. Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη του στοιχείου Sb μπορεί να επιτύχει μεγαλύτερο μήκος κύματος αποκοπής χωρίς να αυξάνει σημαντικά το πάχος μιας περιόδου. Ωστόσο, η υπερβολική σύνθεση Sb μπορεί να οδηγήσει σε διαχωρισμό των στοιχείων Sb.
Ως εκ τούτου, επιλέχθηκε το InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL με ομάδα Sb 0.5 ως το ενεργό στρώμα του APDφωτοανιχνευτής. InAs/InAsSb Το T2SL αναπτύσσεται κυρίως σε υποστρώματα GaSb, επομένως ο ρόλος του GaSb στη διαχείριση καταπόνησης πρέπει να ληφθεί υπόψη. Ουσιαστικά, η επίτευξη ισορροπίας παραμόρφωσης περιλαμβάνει τη σύγκριση της μέσης σταθεράς πλέγματος ενός υπερπλέγματος για μια περίοδο με τη σταθερά πλέγματος του υποστρώματος. Γενικά, η τάση εφελκυσμού στα InAs αντισταθμίζεται από τη συμπιεστική τάση που εισάγεται από το InAsSb, με αποτέλεσμα ένα παχύτερο στρώμα InAs από το στρώμα InAsSb. Αυτή η μελέτη μέτρησε τα χαρακτηριστικά φωτοηλεκτρικής απόκρισης του φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας, συμπεριλαμβανομένης της φασματικής απόκρισης, του σκοτεινού ρεύματος, του θορύβου κ.λπ., και επαλήθευσε την αποτελεσματικότητα του σχεδιασμού του στρώματος βαθμιδωτής κλίσης. Το φαινόμενο πολλαπλασιασμού της χιονοστιβάδας του φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας αναλύεται και συζητείται η σχέση μεταξύ του συντελεστή πολλαπλασιασμού και της ισχύος του προσπίπτοντος φωτός, της θερμοκρασίας και άλλων παραμέτρων.
ΣΥΚΟ. (Α) Σχηματικό διάγραμμα φωτοανιχνευτή υπερύθρων APD μεγάλου κύματος InAs/InAsSb. (Β) Σχηματικό διάγραμμα ηλεκτρικών πεδίων σε κάθε στρώμα φωτοανιχνευτή APD.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-06-2025