Najnovija istraživanja fotodetektora lavina

Najnovije istraživanje ofotodetektor lavine

Tehnologija infracrvene detekcije ima široku primjenu u vojnom izviđanju, praćenju okoliša, medicinskoj dijagnostici i drugim poljima. Tradicionalni infracrveni detektori imaju neka ograničenja u performansama, kao što su osjetljivost detekcije, brzina odziva i tako dalje. Materijali InAs/InAsSb klase II superrešetke (T2SL) imaju odlična fotoelektrična svojstva i mogućnost podešavanja, što ih čini idealnim za dugotalasne infracrvene (LWIR) detektore. Problem slabog odgovora kod dugovalne infracrvene detekcije je zabrinut već duže vrijeme, što uvelike ograničava pouzdanost aplikacija elektroničkih uređaja. Iako fotodetektor lavine (APD fotodetektor) ima odlične performanse odziva, pati od velike tamne struje tokom množenja.

Kako bi riješio ove probleme, tim sa Univerziteta za elektronsku nauku i tehnologiju Kine uspješno je dizajnirao visoko-performansnu superrešetku klase II (T2SL) dugovalnu infracrvenu lavinu fotodiodu (APD). Istraživači su koristili nižu stopu rekombinacije puža InAs/InAsSb T2SL sloja apsorbera kako bi smanjili tamnu struju. Istovremeno, AlAsSb sa niskom k vrijednošću se koristi kao sloj množitelja za suzbijanje buke uređaja uz održavanje dovoljnog pojačanja. Ovaj dizajn pruža obećavajuće rješenje za promoviranje razvoja tehnologije dugovalne infracrvene detekcije. Detektor ima stepenasti dizajn, a podešavanjem omjera kompozicije InAs i InAsSb, postiže se glatki prijelaz strukture trake, a performanse detektora su poboljšane. U smislu procesa odabira i pripreme materijala, ova studija detaljno opisuje metodu rasta i procesne parametre InAs/InAsSb T2SL materijala koji se koristi za pripremu detektora. Određivanje sastava i debljine InAs/InAsSb T2SL je kritično i potrebno je podešavanje parametara da bi se postigla ravnoteža naprezanja. U kontekstu dugotalasne infracrvene detekcije, da bi se postigla ista granična talasna dužina kao InAs/GaSb T2SL, potreban je deblji pojedinačni period InAs/InAsSb T2SL. Međutim, deblji monocikl rezultira smanjenjem koeficijenta apsorpcije u smjeru rasta i povećanjem efektivne mase rupa u T2SL. Utvrđeno je da dodavanjem Sb komponente može se postići duža granična talasna dužina bez značajnog povećanja debljine pojedinačnog perioda. Međutim, prekomjeran sastav Sb može dovesti do segregacije Sb elemenata.

Stoga je InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL sa Sb grupom 0.5 odabran kao aktivni sloj APDfotodetektor. InAs/InAsSb T2SL uglavnom raste na GaSb supstratima, tako da treba razmotriti ulogu GaSb u upravljanju deformacijama. U suštini, postizanje ravnoteže deformacija uključuje poređenje prosječne konstante rešetke superrešetke za jedan period sa konstantom rešetke supstrata. Općenito, vlačna deformacija u InAs je kompenzirana tlačnom deformacijom koju unosi InAsSb, što rezultira debljim slojem InAs od sloja InAsSb. Ova studija je izmjerila karakteristike fotoelektričnog odgovora lavinskog fotodetektora, uključujući spektralni odziv, tamnu struju, šum, itd., te je potvrdila efikasnost stepenastog gradijentnog dizajna sloja. Analiziran je efekat umnožavanja lavine fotodetektora lavine, te je razmatran odnos između faktora multiplikacije i snage upadne svjetlosti, temperature i drugih parametara.

Fig. (A) Šematski dijagram InAs/InAsSb dugotalasnog infracrvenog APD fotodetektora; (B) Šematski dijagram električnih polja na svakom sloju APD fotodetektora.