Η τελευταία έρευνα τουφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας
Η τεχνολογία ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας χρησιμοποιείται ευρέως στη στρατιωτική αναγνώριση, την περιβαλλοντική παρακολούθηση, την ιατρική διάγνωση και άλλους τομείς. Οι παραδοσιακοί ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας έχουν ορισμένους περιορισμούς στην απόδοση, όπως η ευαισθησία ανίχνευσης, η ταχύτητα απόκρισης κ.λπ. Τα υλικά υπερπλέγματος InAs/InAsSb Κλάσης II (T2SL) έχουν εξαιρετικές φωτοηλεκτρικές ιδιότητες και δυνατότητα συντονισμού, καθιστώντας τα ιδανικά για ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος (LWIR). Το πρόβλημα της ασθενούς απόκρισης στην ανίχνευση υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος αποτελεί ανησυχία εδώ και πολύ καιρό, γεγονός που περιορίζει σημαντικά την αξιοπιστία των εφαρμογών ηλεκτρονικών συσκευών. Αν και ο φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας (Φωτοανιχνευτής APD) έχει εξαιρετική απόδοση απόκρισης, αλλά υποφέρει από υψηλό σκοτεινό ρεύμα κατά τον πολλαπλασιασμό.
Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας σχεδίασε με επιτυχία μια φωτοδίοδο (APD) υψηλής απόδοσης μεγάλου μήκους κύματος υπέρυθρης χιονοστιβάδας υπερπλέγματος (T2SL) Κλάσης II. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον χαμηλότερο ρυθμό ανασυνδυασμού τρυπανιού του στρώματος απορρόφησης InAs/InAsSb T2SL για να μειώσουν το σκοτεινό ρεύμα. Ταυτόχρονα, το AlAsSb με χαμηλή τιμή k χρησιμοποιείται ως στρώμα πολλαπλασιαστή για την καταστολή του θορύβου της συσκευής διατηρώντας παράλληλα επαρκές κέρδος. Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει μια πολλά υποσχόμενη λύση για την προώθηση της ανάπτυξης τεχνολογίας ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος. Ο ανιχνευτής υιοθετεί ένα κλιμακωτό σχεδιασμό και, ρυθμίζοντας την αναλογία σύνθεσης των InAs και InAsSb, επιτυγχάνεται η ομαλή μετάβαση της δομής της ζώνης και βελτιώνεται η απόδοση του ανιχνευτή. Όσον αφορά την επιλογή υλικού και τη διαδικασία προετοιμασίας, αυτή η μελέτη περιγράφει λεπτομερώς τη μέθοδο ανάπτυξης και τις παραμέτρους της διαδικασίας 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 των παραμέτρων για την επίτευξη ισορροπίας τάσεων. Στο πλαίσιο της ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος, για να επιτευχθεί το ίδιο μήκος κύματος αποκοπής με το InAs/GaSb T2SL, απαιτείται ένα παχύτερο μονοκυκλικό στρώμα InAs/InAsSb T2SL μίας περιόδου. Ωστόσο, ένα παχύτερο μονοκυκλικό στρώμα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του συντελεστή απορρόφησης προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης και την αύξηση της ενεργού μάζας των οπών στο T2SL. Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη συστατικού Sb μπορεί να επιτύχει μεγαλύτερο μήκος κύματος αποκοπής χωρίς να αυξήσει σημαντικά το πάχος μίας περιόδου. Ωστόσο, η υπερβολική σύνθεση Sb μπορεί να οδηγήσει σε διαχωρισμό των στοιχείων Sb.
Επομένως, το InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL με ομάδα Sb 0.5 επιλέχθηκε ως ενεργό επίπεδο του APD.φωτοανιχνευτήςΤο InAs/InAsSb T2SL αναπτύσσεται κυρίως σε υποστρώματα GaSb, επομένως πρέπει να ληφθεί υπόψη ο ρόλος του GaSb στη διαχείριση της παραμόρφωσης. Ουσιαστικά, η επίτευξη ισορροπίας παραμόρφωσης περιλαμβάνει τη σύγκριση της μέσης σταθεράς πλέγματος ενός υπερπλέγματος για μία περίοδο με τη σταθερά πλέγματος του υποστρώματος. Γενικά, η εφελκυστική παραμόρφωση στο InAs αντισταθμίζεται από την συμπιεστική παραμόρφωση 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 κλιμακωτής κλίσης. Αναλύεται το φαινόμενο πολλαπλασιασμού χιονοστιβάδας του φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας και συζητείται η σχέση μεταξύ του συντελεστή πολλαπλασιασμού και της ισχύος του προσπίπτοντος φωτός, της θερμοκρασίας και άλλων παραμέτρων.
ΣΧ. (Α) Σχηματικό διάγραμμα του φωτοανιχνευτή APD μεγάλου μήκους κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας InAs/InAsSb. (Β) Σχηματικό διάγραμμα των ηλεκτρικών πεδίων σε κάθε στρώση του φωτοανιχνευτή APD.
Ώρα δημοσίευσης: 06 Ιανουαρίου 2025