ზვავის ფოტოდეტექტორის უახლესი კვლევა

უახლესი კვლევაზვავის ფოტოდეტექტორი

ინფრაწითელი დეტექციის ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება სამხედრო დაზვერვაში, გარემოს მონიტორინგში, სამედიცინო დიაგნოსტიკასა და სხვა სფეროებში. ტრადიციულ ინფრაწითელ დეტექტორებს აქვთ გარკვეული შეზღუდვები მუშაობაში, როგორიცაა დეტექციის მგრძნობელობა, რეაგირების სიჩქარე და ა.შ. InAs/InAsSb II კლასის სუპერბადის (T2SL) მასალებს აქვთ შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისებები და რეგულირების უნარი, რაც მათ იდეალურს ხდის გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი (LWIR) დეტექტორებისთვის. გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი დეტექციის სუსტი რეაგირების პრობლემა დიდი ხანია შეშფოთებას იწვევს, რაც მნიშვნელოვნად ზღუდავს ელექტრონული მოწყობილობების გამოყენების სანდოობას. მიუხედავად იმისა, რომ ზვავის ფოტოდეტექტორი (APD ფოტოდეტექტორი) აქვს შესანიშნავი რეაგირების მახასიათებლები, მაგრამ გამრავლების დროს ის მაღალი ბნელი დენის ზემოქმედების ქვეშაა.

ამ პრობლემების გადასაჭრელად, ჩინეთის ელექტრონული მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტის გუნდმა წარმატებით შექმნა მაღალი ხარისხის II კლასის სუპერბადის (T2SL) გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი ზვავის ფოტოდიოდი (APD). მკვლევრებმა გამოიყენეს InAs/InAsSb T2SL შთამნთქმელი ფენის დაბალი აუგერის რეკომბინაციის სიჩქარე ბნელი დენის შესამცირებლად. ამავდროულად, დაბალი k მნიშვნელობის AlAsSb გამოიყენება როგორც გამრავლების ფენა მოწყობილობის ხმაურის ჩასახშობად, საკმარისი გაძლიერების შენარჩუნებით. ეს დიზაინი წარმოადგენს პერსპექტიულ გადაწყვეტას გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი დეტექციის ტექნოლოგიის განვითარების ხელშეწყობისთვის. დეტექტორი იყენებს საფეხურებრივ იარუსიან დიზაინს და InAs-ისა და InAsSb-ის შემადგენლობის თანაფარდობის რეგულირებით, მიიღწევა ზოლის სტრუქტურის გლუვი გადასვლა და გაუმჯობესებულია დეტექტორის მუშაობა. მასალის შერჩევისა და მომზადების პროცესის თვალსაზრისით, ეს კვლევა დეტალურად აღწერს დეტექტორის მოსამზადებლად გამოყენებული InAs/InAsSb T2SL მასალის ზრდის მეთოდს და პროცესის პარამეტრებს. InAs/InAsSb T2SL-ის შემადგენლობისა და სისქის განსაზღვრა კრიტიკულია და დაძაბულობის ბალანსის მისაღწევად საჭიროა პარამეტრების კორექტირება. გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი დეტექტირების კონტექსტში, InAs/GaSb T2SL-ის იგივე ზღვრული ტალღის სიგრძის მისაღწევად, საჭიროა უფრო სქელი InAs/InAsSb T2SL ერთპერიოდიანი. თუმცა, უფრო სქელი მონოციკლი იწვევს შთანთქმის კოეფიციენტის შემცირებას ზრდის მიმართულებით და ხვრელების ეფექტური მასის ზრდას T2SL-ში. აღმოჩნდა, რომ Sb კომპონენტის დამატებით შესაძლებელია უფრო გრძელი ზღვრული ტალღის სიგრძის მიღწევა ერთპერიოდიანი სისქის მნიშვნელოვნად გაზრდის გარეშე. თუმცა, Sb-ს ჭარბმა შემადგენლობამ შეიძლება გამოიწვიოს Sb ელემენტების სეგრეგაცია.

ამიტომ, APD-ის აქტიურ ფენად შეირჩა InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL Sb ჯგუფით 0.5.ფოტოდეტექტორიInAs/InAsSb T2SL ძირითადად იზრდება GaSb სუბსტრატებზე, ამიტომ GaSb-ის როლი დეფორმაციის მართვაში გასათვალისწინებელია. არსებითად, დეფორმაციის წონასწორობის მიღწევა გულისხმობს ერთი პერიოდის განმავლობაში სუპერქსელის საშუალო ბადის მუდმივას სუბსტრატის ბადის მუდმივასთან შედარებას. ზოგადად, InAs-ში დაჭიმვის დეფორმაცია კომპენსირდება InAsSb-ის მიერ შემოტანილი შეკუმშვის დეფორმაციით, რაც იწვევს InAs-ის უფრო სქელ ფენას, ვიდრე InAsSb ფენა. ამ კვლევამ გაზომა ზვავის ფოტოდეტექტორის ფოტოელექტრული რეაქციის მახასიათებლები, მათ შორის სპექტრული რეაქცია, ბნელი დენი, ხმაური და ა.შ., და გადაამოწმა საფეხურებიანი გრადიენტის ფენის დიზაინის ეფექტურობა. გაანალიზებულია ზვავის ფოტოდეტექტორის ზვავის გამრავლების ეფექტი და განხილულია გამრავლების კოეფიციენტსა და დაცემული სინათლის სიმძლავრეს, ტემპერატურასა და სხვა პარამეტრებს შორის ურთიერთობა.

სურ. (A) InAs/InAsSb გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი APD ფოტოდეტექტორის სქემატური დიაგრამა; (B) APD ფოტოდეტექტორის თითოეულ ფენაზე ელექტრული ველების სქემატური დიაგრამა.