ზვავის ფოტოდეტექტორის უახლესი კვლევა

უახლესი კვლევაზვავის ფოტოდეტექტორი

ინფრაწითელი გამოვლენის ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება სამხედრო დაზვერვის, გარემოს მონიტორინგის, სამედიცინო დიაგნოსტიკისა და სხვა სფეროებში. ტრადიციულ ინფრაწითელ დეტექტორებს აქვთ გარკვეული შეზღუდვები შესრულებაში, როგორიცაა გამოვლენის მგრძნობელობა, რეაგირების სიჩქარე და ა.შ. InAs/InAsSb II კლასის სუპერლატის (T2SL) მასალებს აქვთ შესანიშნავი ფოტოელექტრული თვისებები და რეგულირებადობა, რაც მათ იდეალურს ხდის გრძელი ტალღის ინფრაწითელი (LWIR) დეტექტორებისთვის. ხანგრძლივი ტალღის ინფრაწითელი გამოვლენისას სუსტი რეაგირების პრობლემა დიდი ხნის განმავლობაში აწუხებდა, რაც მნიშვნელოვნად ზღუდავს ელექტრონული მოწყობილობების აპლიკაციების საიმედოობას. მიუხედავად იმისა, რომ ზვავის ფოტოდეტექტორი (APD ფოტოდეტექტორი) აქვს შესანიშნავი რეაგირების შესრულება, გამრავლების დროს განიცდის მაღალი ბნელი დენის.

ამ პრობლემების გადასაჭრელად, ჩინეთის ელექტრონული მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტის გუნდმა წარმატებით დააპროექტა II კლასის ზელატის (T2SL) გრძელი ტალღის ინფრაწითელი ზვავის ფოტოდიოდი (APD). მკვლევარებმა გამოიყენეს InAs/InAsSb T2SL შთამნთქმელი ფენის დაბალი ბორბალი რეკომბინაციის სიჩქარე ბნელი დენის შესამცირებლად. ამავდროულად, AlAsSb დაბალი k მნიშვნელობით გამოიყენება როგორც მულტიპლიკატორის ფენა მოწყობილობის ხმაურის ჩასახშობად, საკმარისი მომატების შენარჩუნებით. ეს დიზაინი იძლევა პერსპექტიულ გადაწყვეტას ხანგრძლივი ტალღის ინფრაწითელი გამოვლენის ტექნოლოგიის განვითარების ხელშეწყობისთვის. დეტექტორი იღებს საფეხურზე დადგმულ დიზაინს და InAs-ისა და InAsSb-ის შემადგენლობის თანაფარდობის კორექტირებით, მიიღწევა ზოლის სტრუქტურის გლუვი გადასვლა და დეტექტორის მოქმედება გაუმჯობესებულია. 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 პარამეტრის კორექტირებაა საჭირო სტრესის ბალანსის მისაღწევად. გრძელი ტალღის ინფრაწითელი გამოვლენის კონტექსტში, იგივე წყვეტის ტალღის მიღწევისთვის, როგორც InAs/GaSb T2SL, საჭიროა უფრო სქელი InAs/InAsSb T2SL ერთჯერადი პერიოდი. თუმცა, სქელი მონოციკლი იწვევს შთანთქმის კოეფიციენტის შემცირებას ზრდის მიმართულებით და ხვრელების ეფექტური მასის ზრდას T2SL-ში. გაირკვა, რომ Sb კომპონენტის დამატებით შეიძლება მიაღწიოს უფრო გრძელი ათვლის ტალღის სიგრძეს ერთი პერიოდის სისქის მნიშვნელოვნად გაზრდის გარეშე. თუმცა, გადაჭარბებულმა Sb შემადგენლობამ შეიძლება გამოიწვიოს Sb ელემენტების სეგრეგაცია.

ამიტომ, APD-ის აქტიურ ფენად შეირჩა InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL Sb ჯგუფით 0.5.ფოტოდეტექტორი. InAs/InAsSb T2SL ძირითადად იზრდება GaSb სუბსტრატებზე, ამიტომ გასათვალისწინებელია GaSb-ის როლი დაძაბულობის მართვაში. არსებითად, დაძაბულობის წონასწორობის მიღწევა გულისხმობს ზერელის საშუალო გისოსის მუდმივის შედარებას ერთი პერიოდის განმავლობაში სუბსტრატის გისოსის მუდმივთან. ზოგადად, InAs-ში დაჭიმვის დაძაბულობა კომპენსირდება InAsSb-ის მიერ შემოტანილი კომპრესიული დაძაბულობით, რაც იწვევს InAs-ის ფენას უფრო სქელ, ვიდრე InAsSb ფენას. ამ კვლევამ გაზომა ზვავის ფოტოდეტექტორის ფოტოელექტრული რეაგირების მახასიათებლები, მათ შორის სპექტრული რეაქცია, ბნელი დენი, ხმაური და ა.შ. გაანალიზებულია ზვავის ფოტოდეტექტორის ზვავის გამრავლების ეფექტი და განხილულია კავშირი გამრავლების კოეფიციენტსა და დაცემის სინათლის სიმძლავრეს, ტემპერატურასა და სხვა პარამეტრებს შორის.

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