Het nieuwste onderzoek naar lawinefotodetectoren

Het meest recente onderzoek vanlawinefotodetector

Infrarooddetectietechnologie wordt veel gebruikt in militaire verkenning, milieumonitoring, medische diagnostiek en andere gebieden. Traditionele infrarooddetectoren hebben echter enkele beperkingen qua prestaties, zoals detectiegevoeligheid en reactiesnelheid. InAs/InAsSb klasse II superrooster (T2SL) materialen hebben uitstekende foto-elektrische eigenschappen en afstembaarheid, waardoor ze ideaal zijn voor detectoren in het lange golf infrarood (LWIR). Het probleem van een zwakke respons bij lange golf infrarooddetectie is al lange tijd een punt van zorg, wat de betrouwbaarheid van elektronische apparaten sterk beperkt. Hoewel lawinefotodetectoren (APD-fotodetector) heeft een uitstekende respons, maar lijdt aan een hoge lekstroom tijdens vermenigvuldiging.

Om deze problemen op te lossen, heeft een team van de Universiteit voor Elektronische Wetenschap en Technologie van China met succes een hoogwaardige klasse II superrooster (T2SL) langegolf infrarood lawinefotodiode (APD) ontworpen. De onderzoekers gebruikten de lagere Auger-recombinatiesnelheid van de InAs/InAsSb T2SL-absorptielaag om de donkerstroom te verminderen. Tegelijkertijd wordt AlAsSb met een lage k-waarde gebruikt als vermenigvuldigingslaag om ruis in het apparaat te onderdrukken en tegelijkertijd voldoende versterking te behouden. Dit ontwerp biedt een veelbelovende oplossing voor de verdere ontwikkeling van langegolf infrarood detectietechnologie. De detector heeft een getrapt ontwerp en door de samenstellingsverhouding van InAs en InAsSb aan te passen, wordt een vloeiende overgang in de bandstructuur bereikt en de prestaties van de detector verbeterd. Wat betreft materiaalselectie en bereidingsproces, beschrijft deze studie in detail de groeimethode en procesparameters van het InAs/InAsSb T2SL-materiaal dat gebruikt is voor de fabricage van de detector. Het bepalen van de samenstelling en dikte van InAs/InAsSb T2SL is cruciaal en parameteraanpassing is vereist om een ​​evenwichtige spanning te bereiken. In de context van detectie van langgolvig infrarood is, om dezelfde afsnijgolflengte te bereiken als met InAs/GaSb T2SL, een dikkere InAs/InAsSb T2SL-laag nodig. Een dikkere monocyclus resulteert echter in een afname van de absorptiecoëfficiënt in de groeirichting en een toename van de effectieve massa van gaten in de T2SL. Het is gebleken dat door toevoeging van een Sb-component een langere afsnijgolflengte kan worden bereikt zonder de dikte van de monocyclus significant te verhogen. Een te hoge Sb-concentratie kan echter leiden tot segregatie van Sb-elementen.

Daarom werd InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL met een Sb-groep van 0,5 geselecteerd als de actieve laag van APD.fotodetectorInAs/InAsSb T2SL-superroosters groeien voornamelijk op GaSb-substraten, dus de rol van GaSb in het beheersen van de spanning moet worden overwogen. Het bereiken van spanningsevenwicht houdt in essentie in dat de gemiddelde roosterconstante van een superrooster voor één periode wordt vergeleken met de roosterconstante van het substraat. Over het algemeen wordt de trekspanning in het InAs gecompenseerd door de drukspanning die door het InAsSb wordt geïntroduceerd, wat resulteert in een dikkere InAs-laag dan de InAsSb-laag. In deze studie werden de foto-elektrische responsiekarakteristieken van de lawinefotodetector gemeten, waaronder spectrale responsie, donkerstroom, ruis, enz., en werd de effectiviteit van het ontwerp met getrapte gradiëntlagen geverifieerd. Het lawinevermenigvuldigingseffect van de lawinefotodetector wordt geanalyseerd en de relatie tussen de vermenigvuldigingsfactor en het invallende lichtvermogen, de temperatuur en andere parameters wordt besproken.

FIG. (A) Schematisch diagram van een InAs/InAsSb langegolf infrarood APD-fotodetector; (B) Schematisch diagram van de elektrische velden in elke laag van de APD-fotodetector.