Новейшие исследованиялавинный фотодетектор
Технология инфракрасного обнаружения широко используется в военной разведке, мониторинге окружающей среды, медицинской диагностике и других областях. Традиционные инфракрасные детекторы имеют некоторые ограничения в производительности, такие как чувствительность обнаружения, скорость срабатывания и т. д. Материалы сверхрешетки InAs/InAsSb класса II (T2SL) обладают превосходными фотоэлектрическими свойствами и возможностью настройки, что делает их идеальными для длинноволновых инфракрасных (LWIR) детекторов. Проблема слабого отклика при обнаружении длинноволнового инфракрасного излучения уже давно вызывает беспокойство, что значительно ограничивает надежность приложений электронных устройств. Хотя лавинный фотодетектор (фотодетектор АФД) имеет отличные характеристики отклика, он страдает от высокого темнового тока во время умножения.
Чтобы решить эти проблемы, команда из Университета электронных наук и технологий Китая успешно разработала высокопроизводительный длинноволновый инфракрасный лавинный фотодиод (APD) на сверхрешетке класса II (T2SL). Исследователи использовали более низкую скорость оже-рекомбинации поглотительного слоя InAs/InAsSb T2SL, чтобы уменьшить темновой ток. В то же время AlAsSb с низким значением k используется в качестве слоя умножителя для подавления шума устройства при сохранении достаточного усиления. Эта конструкция представляет собой многообещающее решение для содействия развитию технологии обнаружения длинноволнового инфракрасного излучения. Детектор имеет ступенчатую многоуровневую конструкцию, и за счет регулирования соотношения компонентов InAs и InAsSb достигается плавный переход зонной структуры и улучшаются характеристики детектора. Что касается выбора материала и процесса подготовки, в этом исследовании подробно описываются метод выращивания и параметры процесса материала InAs/InAsSb T2SL, используемого для подготовки детектора. Определение состава и толщины InAs/InAsSb T2SL имеет решающее значение, и для достижения баланса напряжений требуется корректировка параметров. В контексте длинноволнового инфракрасного обнаружения для достижения той же длины волны отсечки, что и у InAs/GaSb T2SL, требуется более толстый одиночный период InAs/InAsSb T2SL. Однако увеличение толщины моноцикла приводит к уменьшению коэффициента поглощения в направлении роста и увеличению эффективной массы дырок в T2SL. Обнаружено, что добавление компонента Sb позволяет добиться большей длины волны отсечки без значительного увеличения толщины одного периода. Однако избыточный состав Sb может привести к сегрегации элементов Sb.
Поэтому в качестве активного слоя АФД был выбран InAs/InAs0,5Sb0,5 T2SL с группой Sb 0,5.фотодетектор. InAs/InAsSb T2SL в основном растет на подложках GaSb, поэтому необходимо учитывать роль GaSb в управлении деформациями. По сути, достижение равновесия деформаций включает в себя сравнение средней постоянной решетки сверхрешетки за один период с постоянной решетки подложки. Обычно растягивающая деформация InAs компенсируется сжимающей деформацией, вносимой InAsSb, в результате чего слой InAs становится более толстым, чем слой InAsSb. В этом исследовании были измерены характеристики фотоэлектрического отклика лавинного фотодетектора, включая спектральный отклик, темновой ток, шум и т. д., и подтверждена эффективность конструкции ступенчатого градиентного слоя. Проанализирован эффект лавинного умножения лавинного фотодетектора, а также обсуждается связь между коэффициентом умножения и мощностью падающего света, температурой и другими параметрами.
ИНЖИР. (A) Принципиальная схема длинноволнового инфракрасного фотодетектора APD InAs/InAsSb; (B) Принципиальная схема электрических полей на каждом слое фотодетектора APD.
Время публикации: 6 января 2025 г.