高温工作InAlSb的MBE生长及器件性能研究

接近室温的更高工作温度是第三代红外探测器发展的重要方向。本文论述了用MBE在InSb(100)衬底上外延生长制备P-i-N型三元In_(1-x)Al_xSb薄膜合金材料,并通过制备单元器件进行了验证。采用RHEED振荡和X射线双晶衍射对In_(1-x)Al_xSb薄膜的Al组分进行了调控和检测。5.3μm厚薄膜的FWHM≈50 arcsec,Al组分约1.9%。10μm×10μm原子力表面粗糙度RMS≈0.6 nm。制备的单元器件获得了预期的理想效果,为下一步面阵焦平面的制备奠定了基础。

分子束外延InAlSb/InSb晶体的质量研究

InAlSb/InSb薄膜材料的晶体质量会直接影响器件的性能。提高薄膜材料的晶体质量可以有效降低器件的暗电流,提高探测率和均匀性等。主要报道了掺铝锑化铟分子束外延技术的初步研究结果。通过采用多种测试方法对InAlSb分子束外延膜的晶体质量进行了分析,找出了影响晶体质量的因素,提高了InAlSb分子束外延的技术水平。实验结果表明,通过优化生长温度、束流比、升降温速率以及退火工艺等生长条件,可以获得高质量的InAlSb分子束外延膜。

InAlSb红外光电二极管性能研究

在InSb衬底上利用分子束外延生长了p-i-n结构的InAlSb/InSb材料,通过在吸收层和接触层之间生长宽禁带的InAlSb势垒层,验证了势垒层对耗尽层中暗电流的抑制作用。分别基于外延生长的InAlSb材料和InSb体材料,借助标准工艺制备出二极管,并对其电性能进行测量分析,研究发现:77K温度时,在-0.1V的外偏电压下,p+-p+-n--n+结构和p+-n--n+结构InAlSb器件的反偏电流分别为3.4×10^(-6)A·cm^(-2)和7.8×10^(-6)A·cm^(-2)。基于p+-p+-n--n+结构研制的InAlSb二极管的暗电流保持在一个很低的水平,这为提高红外探测器的工作温度提供了重要基础。

外延型InSb(InAlSb)探测器工艺分析

结合相关文献对近年来InSb基MBE外延InSb(InAlSb)材料工艺及器件性能进行了梳理分析和总结,对还存在的问题进行了探讨。InSb基外延材料(尤其是InAlSb)确实具有低暗电流、噪声抑制、高工作温度和温度稳定性优势,但材料中存在的较多缺陷影响了探测器的信号电流、探测率、响应率和电阻。分子(原子)氢脱氧技术、生长温度和V/III比等工艺参数优化可以降低材料表面缺陷,提高像元的均匀一致性;继续优化材料结构和掺杂,可以提高探测器的信号响应和工作温度;继续优化刻蚀等器件工艺可为外延型大面阵焦平面阵列制备奠定基础。

高工作温度InAlSb红外探测器的研究进展

概括了国外InAlSb红外探测器的研究现状、材料性质以及发展趋势,并介绍了几种不同的器件结构及其性能情况。InAlSb/InSb红外探测器的设计目标主要是通过抑制暗电流来提高探测器的工作温度。近年来,基于传统InSb探测器的成熟工艺与技术,InAlSb探测器的性能得到了不断提升。该研究对红外制导、预警等军事领域具有重要的研究意义和应用价值。

InAlSb材料禁带宽度的温度特性研究

基于经典Varshni模型,提出了In 1-x Al x Sb的能带值E g随Al组分和温度变化的经验关系E g(x,T),并通过已有的文献数据对该公式进行有效性的验证。实验上,采用分子束外延方法在InSb(100)衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的InAlSb外延层。运用高分辨率X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,计算得出Al组分为2.8%。然后将InAlSb材料制备成红外探测器二极管并测量77~260 K下的光谱响应曲线,从而计算出In 0.972 Al 0.028 Sb材料的能带值随温度的变化关系。对比分析的结果表明:实验观察和文献数据均与理论推导基本吻合。InAlSb能带值与Al组分和温度变化关系的确定为探测器材料结构设计提供了必要的理论支撑。

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在In Sb(100)衬底上生长p^+-p^+-n-n^+势垒型结构的In_(1-x)Al_xSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,In Al Sb外延层的半峰宽为0.05°,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48μm增加至210 K时的4.95μm。通过数据拟合得出In_(0.975)Al_(0.025)Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数E_g(0)、α和β的值分别为0.238 6 e V,2.87×10^(-4 )e V/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.09×10^(-5 )A/cm^(-2),阻抗为1.40×10~4Ωcm^2,相当于77 K下In Sb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。

低Al组分In_(1-x)Al_xSb薄膜的MBE生长和优化

采用分子束外延的方法进行了低Al组分In1-xAlxSb薄膜的生长和优化。通过在InSb(100)衬底上外延生长一系列不同条件的In1-xAlxSb薄膜,分析总结了衬底的热脱氧特征以及InAlSb薄膜低Al组分(2%左右)的控制,探讨了退火和InSb缓冲层的优化等参数对In1-xAlxSb外延薄膜表面形貌和质量的影响。测试结果表明薄膜质量得到极大改进。

高Al组分In_(1-x)Al_x Sb/InSb的MBE生长研究

高Al（10%~15%）组分的In_（1-x）Al_xSb层可作为势垒层以抑制隧穿暗电流、提高器件工作温度而显得很重要。采用分子束外延的方法对InSb（100）衬底高Al组分的In_（1-x）Al_xSb/InSb外延生长进行了实验探索,确定出了Al组分（约12.5%）并讨论了Al组分梯度递变的In_（1-x）Al_xSb缓冲层和生长温度对外延薄膜质量的影响。