Най-новите изследвания налавинен фотодетектор
Технологията за инфрачервено откриване се използва широко във военното разузнаване, мониторинг на околната среда, медицинска диагностика и други области. Традиционните инфрачервени детектори имат някои ограничения в производителността, като чувствителност на откриване, скорост на реакция и т.н. InAs/InAsSb клас II суперрешетъчни (T2SL) материали имат отлични фотоелектрични свойства и регулируемост, което ги прави идеални за дълговълнови инфрачервени (LWIR) детектори. Проблемът със слабия отговор при инфрачервеното откриване на дълги вълни е проблем от дълго време, което значително ограничава надеждността на приложенията на електронните устройства. Въпреки че лавинен фотодетектор (APD фотодетектор) има отлична реакция, страда от висок тъмен ток по време на умножение.
За да разреши тези проблеми, екип от Университета за електронни науки и технологии на Китай успешно е проектирал високопроизводителен дълговълнов инфрачервен лавинен фотодиод (APD) от клас II суперрешетка (T2SL). Изследователите са използвали по-ниската скорост на рекомбинация на шнека на абсорбиращия слой InAs/InAsSb T2SL, за да намалят тъмния ток. В същото време AlAsSb с ниска k стойност се използва като умножителен слой за потискане на шума на устройството, като същевременно се поддържа достатъчно усилване. Този дизайн осигурява обещаващо решение за насърчаване на развитието на технология за инфрачервено откриване на дълги вълни. Детекторът приема стъпаловиден многослоен дизайн и чрез регулиране на съотношението на състава на InAs и InAsSb се постига плавен преход на лентовата структура и работата на детектора се подобрява. По отношение на избора на материал и процеса на подготовка, това проучване описва подробно метода на растеж и параметрите на процеса на InAs/InAsSb T2SL материал, използван за подготовка на детектора. Определянето на състава и дебелината на InAs/InAsSb T2SL е критично и е необходима настройка на параметрите, за да се постигне баланс на напрежението. В контекста на дълговълново инфрачервено откриване, за да се постигне същата дължина на вълната на прекъсване като InAs/GaSb T2SL, е необходим по-дебел InAs/InAsSb T2SL единичен период. По-дебелият моноцикъл обаче води до намаляване на коефициента на абсорбция в посока на растеж и увеличаване на ефективната маса на дупките в T2SL. Установено е, че добавянето на Sb компонент може да постигне по-дълга дължина на вълната на прекъсване без значително увеличаване на дебелината на единичен период. Въпреки това, прекомерният състав на Sb може да доведе до сегрегация на Sb елементи.
Следователно InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL със Sb група 0.5 беше избран като активен слой на APDфотодетектор. InAs/InAsSb T2SL расте главно върху GaSb субстрати, така че трябва да се вземе предвид ролята на GaSb в управлението на напрежението. По същество постигането на равновесие на напрежението включва сравняване на средната константа на решетката на суперрешетката за един период с константата на решетката на субстрата. Като цяло напрежението на опън в InAs се компенсира от напрежението на натиск, въведено от InAsSb, което води до по-дебел слой InAs от слоя InAsSb. Това изследване измерва характеристиките на фотоелектрическия отговор на лавинния фотодетектор, включително спектрален отговор, тъмен ток, шум и т.н., и проверява ефективността на дизайна на стъпаловиден градиентен слой. Анализиран е ефектът на лавинно умножение на лавинния фотодетектор и е обсъдена връзката между коефициента на умножение и мощността на падащата светлина, температурата и други параметри.
Фиг. (A) Схематична диаграма на InAs/InAsSb дълговълнов инфрачервен APD фотодетектор; (B) Схематична диаграма на електрическите полета на всеки слой на APD фотодетектора.
Време на публикуване: 6 януари 2025 г