Uusin tutkimus lumivyöryvalodetektorista

Uusin tutkimus aiheestalumivyöryvaloilmaisin

Infrapunatunnistustekniikkaa käytetään laajalti sotilastiedusteluun, ympäristön seurannassa, lääketieteellisessä diagnostiikassa ja muilla aloilla. Perinteisillä infrapunailmaisimilla on joitakin suorituskyvyn rajoituksia, kuten herkkyys, vasteaika ja niin edelleen. InAs/InAsSb Class II -superhilamateriaaleilla (T2SL) on erinomaiset fotoelektriset ominaisuudet ja viritettävyys, mikä tekee niistä ihanteellisia pitkäaaltoisille infrapunailmaisimille (LWIR). Pitkäaaltoisten infrapunailmaisimien heikon vasteen ongelma on ollut huolenaihe jo pitkään, mikä rajoittaa merkittävästi elektronisten laitteiden sovellusten luotettavuutta. Vaikka lumivyöryvaloilmaisin (APD-valoilmaisin) on erittäin reagoiva, mutta se kärsii suuresta pimeävirrasta kertomisen aikana.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi Kiinan elektroniikkatieteen ja -teknologian yliopiston tiimi on onnistuneesti suunnitellut tehokkaan luokan II superhilarakenteen (T2SL) omaavan pitkäaaltoisen infrapunavyöryvalodiodin (APD). Tutkijat käyttivät InAs/InAsSb T2SL -absorboijakerroksen alhaisempaa auger-rekombinaationopeutta pimeävirran vähentämiseksi. Samanaikaisesti kerroinkerroksena käytetään alhaisen k-arvon omaavaa AlAsSb:tä laitteen kohinan vaimentamiseksi riittävän vahvistuksen säilyttäen. Tämä suunnittelu tarjoaa lupaavan ratkaisun pitkäaaltoisen infrapunailmaisutekniikan kehityksen edistämiseksi. Ilmaisimessa on porrastettu kerrosrakenne, ja säätämällä InAs:n ja InAsSb:n koostumussuhdetta saavutetaan kaistarakenteen sujuva siirtyminen ja ilmaisimen suorituskyky paranee. Materiaalivalinnan ja valmistusprosessin osalta tässä tutkimuksessa kuvataan yksityiskohtaisesti ilmaisimen valmistuksessa käytetyn InAs/InAsSb T2SL -materiaalin kasvatusmenetelmä ja prosessiparametrit. InAs/InAsSb T2SL:n koostumuksen ja paksuuden määrittäminen on kriittistä, ja parametrien säätö on tarpeen jännitystasapainon saavuttamiseksi. Pitkäaaltoisen infrapunailmaisun yhteydessä saman aallonpituuden saavuttamiseksi kuin InAs/GaSb T2SL:ssä tarvitaan paksumpi InAs/InAsSb T2SL -yksiperiodikalvo. Paksumpi monosyklikalvo johtaa kuitenkin absorptiokerroimen pienenemiseen kasvusuunnassa ja aukkojen efektiivisen massan kasvuun T2SL:ssä. On havaittu, että Sb-komponenttia lisäämällä voidaan saavuttaa pidempi aallonpituus ilman, että yksittäisperiodikalvon paksuus kasvaa merkittävästi. Liiallinen Sb-koostumus voi kuitenkin johtaa Sb-alkuaineiden segregaatioon.

Siksi APD:n aktiiviseksi kerrokseksi valittiin InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL, jossa on Sb-ryhmä 0.5.valoilmaisinInAs/InAsSb T2SL kasvaa pääasiassa GaSb-alustoilla, joten GaSb:n rooli venymän hallinnassa on otettava huomioon. Venymätasapainon saavuttaminen tarkoittaa pohjimmiltaan superhilan keskimääräisen hilavakion vertaamista yhdellä jaksolla substraatin hilavakioon. Yleensä InAs:n vetojännitys kompensoituu InAs:n aiheuttamalla puristusjännityksellä, mikä johtaa paksumpaan InAs-kerrokseen kuin InAsSb-kerros. Tässä tutkimuksessa mitattiin lumivyöryfotodetektorin fotoelektrisiä vasteominaisuuksia, mukaan lukien spektraalinen vaste, pimeävirta, kohina jne., ja varmistettiin porrastetun gradienttikerroksen suunnittelun tehokkuus. Lumivyöryfotodetektorin lumivyörykertymävaikutusta analysoidaan ja käsitellään kertotekijän ja tulevan valon tehon, lämpötilan ja muiden parametrien välistä suhdetta.

KUVA (A) Kaaviokuva InAs/InAsSb-pitkäaaltoisesta infrapuna-APD-fotodetektorista; (B) Kaaviokuva sähkökentistä APD-fotodetektorin kullakin kerroksella.