基于AlAsSb/InAsSb超晶格势垒的InAs/InAsSbⅡ类超晶格nBn中波红外探测器

InAs/InAsSbⅡ类超晶格避免了InAs/GaSbⅡ类超晶格中与Ga原子相关的缺陷复合中心,具有更高的少数载流子寿命,在高工作温度中波红外探测器制备方面有着良好的应用前景。少数载流子单极势垒结构通常被用来抑制探测器暗电流,如nBn结构探测器。在InAs/InAsSbⅡ类超晶格nBn中波红外光电探测器中,势垒层常采用AlAsSb等多元合金材料,阻挡多数载流子的输运。然而,势垒层与吸收层存在的价带偏移(VBO)使得光电流往往需要在大偏压下饱和,从而增大了探测器暗电流。本文设计了一种AlAsSb/InAsSb超晶格势垒,旨在消除VBO并降低量子效率对偏压的依赖性。研究结果显示,150 K下,设计制备的nBn光电探测器的50%截止波长为4.5μm,探测器光响应在-50 mV的小反向偏压下达到了饱和,3.82μm处的峰值响应度为1.82 A/W,对应量子效率为58.8%。在150 K和-50 mV偏压下,探测器的暗电流密度为2.01×10^(-5)A/cm^(2),计算得到在3.82μm的峰值探测率为6.47×10^(11)cm·Hz^(1/2)/W。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的Si离子注入研究

Ⅱ类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测,而通过离子注入实现横向PN结,一方面材料外延工艺简单,同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运,且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种材料表征技术,研究了不同能量的Si离子注入以及退火前后对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料性能的影响。研究通过Si离子注入,外延材料由P型变为N型,超晶格材料中产生了垂直方向的拉伸应变,晶格常数变大,且失配度随着注入能量的增大而增大,注入前失配度为-0.012%,当注入能量到200 keV时,失配度达到0.072%,超晶格部分弛豫,弛豫程度为14%,而在300℃ 60 s退火后,超晶格恢复完全应变状态,且晶格常数变小,这种张应变是退火引起的Ga-In相互扩散以及Si替位导致的晶格收缩而造成的。

InAs/GaSbⅡ类超晶格长波红外探测器研究进展

本文系统报道了基于InAs/GaSbⅡ类超晶格(T2SLs)的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明,以InAs为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1-xSbx、PB1IB2N型的结构为相对优化的器件结构设计,结合ZnS和Ge的多层膜结构设计或者重掺杂缓冲层,同时采用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma)干法刻蚀工艺,该器件的50%截止波长可达12μm,量子效率(quantum efficiency)可提升到65%以上,暗电流密度降低至1×10^(-5) A/cm^(2)。并归纳总结了InAs/GaSb T2SLs长波红外探测器未来的发展趋势。

InAs/GaSbⅡ类超晶格双色红外焦平面器件的干法刻蚀与湿法腐蚀制备对比研究

分别采用干法刻蚀工艺路线和湿法腐蚀工艺路线制备了面阵规模为320×256、像元中心距为30μm的InAs/GaSbⅡ类超晶格长/长波双色红外焦平面器件,并对其台面形貌、接触孔形貌、伏安特性以及互连读出电路并封入杜瓦后的中测性能进行了对比研究。总结了采用干法工艺和湿法工艺制备双色InAs/GaSbⅡ类超晶格焦平面器件的特点。该研究对InAs/GaSbⅡ类超晶格焦平面器件的研制具有参考意义。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器背减薄技术研究

针对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器开发高质量背减薄工艺,获得了高质量衬底表面,改善了超晶格红外探测器组件的成像品质。采用机械抛光和机械化学抛光相结合的工艺减薄衬底,其中机械抛光削减衬底大部分厚度,然后通过机械化学抛光去除机械损伤。机械化学抛光过程中,在压力、转速等不变的情况下,主要研究机械化学抛光液的pH值对衬底表面质量的影响。实验结果表明,当机械化学抛光液的pH值为9.4时,获得了高质量、低损伤的芯片衬底表面,并实现了最佳的探测器组件成像效果。

长波InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器

报道了50%截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz1/2/W,11μm处量子效率为14.3%.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.

128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器光电特性理论计算

InAs/GaSbⅡ类超晶格是目前国际上公认的制备第三代高性能红外探测器的理想材料之一,具有能带结构可调、波长响应范围宽、量子效率高、利于实现大面积焦平面阵列等独特优势。为了充分利用这一材料的优点,对材料进行优化设计,采用Kronig-Penney模型对材料的能带结构进行了理论计算;同时,利用输运理论的质量和动量平衡方程对材料的光电导特性进行了计算分析,探讨了这类材料进行非制冷探测的优势。计算结果对深入认识该类材料的光电特性,从而对材料及器件进行优化设计具有重要的指导意义。

320×256元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器

报道了320×256元In As/Ga SbⅡ类超晶格长波红外焦平面阵列探测器的研制和性能测试.采用分子束外延技术在Ga Sb衬底上生长超晶格材料,器件采用PBIN结构,红外吸收区结构为14 ML(In As)/7 ML(Ga Sb),焦平面阵列光敏元尺寸为27μm×27μm,中心距为30μm,通过刻蚀形成台面、侧边钝化和金属接触电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了320×256面阵长波焦平面探测器.在77 K温度下测试,焦平面器件的100%截止波长为10.5μm,峰值探测率为8.41×109cm Hz1/2W-1,盲元率为2.6%,不均匀性为6.2%,采用该超晶格焦平面器件得到了较为清晰的演示性室温目标红外热成像.

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格台面的ICP刻蚀研究

报道了采用Cl_2/N_2电感耦合等离子(ICP)组合体刻蚀工艺在InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面台面加工过程中的研究结果,实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长的PIN型超晶格材料。结果表明,气体流量比例直接对刻蚀速率和刻蚀形貌产生影响,氯气含量越高,刻蚀速率越大,当氮气含量增加,刻蚀速率降低并趋于一定值。当氯气和氮气的流量比例和等离子腔体内压力等参数一定时,随着温度升高,刻蚀速率和选择比在有限范围内同时线性增大,台面的倾角趋于直角,台面轮廓层状纹理逐渐消失,但沟道内变得粗糙不平,并出现坑点。在实验研究范围内,电感耦合等离子源的ICP功率和RF功率对刻蚀结果产生的影响较小。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器的实时γ辐照效应

研究了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波探测器的γ辐照效应.在^(60)Co源γ辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化,100 krad(Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%,表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况,对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下,辐照开始后电流即有明显增大,辐照损伤以暂态的电离效应为主导,器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流,辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小,损伤需通过退火效应缓慢恢复,弛豫时间明显长于电离效应损伤.

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格电学性能研究

为了提高InAs/GaSb超晶格探测器性能和工作温度,研究了超晶格吸收层载流子输运性能。利用分子束外延在半绝缘GaAs衬底上生长InAs/GaSb超晶格材料,用霍尔测试表征材料电学性能,研究了不同条件,包括退火、束流比和在超晶格不同材料层的掺杂对超晶格电学性能的影响。

InAs/(In)GaSbⅡ类超晶格红外探测器研究现状

InAs/GaSbⅡ类超晶格具有优越的材料性能,量子效率高,暗电流小,能带结构可调,在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料。对目前Ⅱ类超晶格红外焦平面在国外的发展状况、现有的材料技术、探测器技术以及潜在的应用进行了介绍,旨在尽快发展属于我国的第三代InAs/(In)GaSbⅡ类超晶格红外探测器技术。

GaSb基的InAs/GaSbⅡ类超晶格背景载流子浓度的测量

高质量的InAs/GaSbⅡ类超晶格(SLs)材料生长在晶格匹配的GaSb衬底上,由于GaSb衬底具有良好的导电性,传统的霍尔测量难以直接得到外延超晶格材料的载流子浓度等电学参数,所以,如何准确地获得InAs/GaSb超晶格外延材料中的载流子浓度成为了研究人员关注的焦点之一。主要介绍了InAs/GaSbⅡ类超晶格背景载流子浓度测量的四种典型的方法:低温霍尔技术;变磁场霍尔技术以及迁移率谱拟合;衬底去除技术;电容-电压技术。并给出了各种方法的基本原理,评价了每种方法的优缺点。

InAs/GaSbⅡ类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究

HgCdTe、QWIP和InAs/GaSbⅡ类超晶格被公认是第三代红外焦平面探测器的首选。主要对比分析了HgCdTe和InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器,InAs/GaSbⅡ类超晶格具有响应波段宽且精确可控、工作温度高、载流子寿命长、暗电流低和均匀性好等优点,使其在甚长波、多色以及非制冷红外焦平面阵列等方面具有广阔的发展应用前景。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料台面腐蚀

研究了InAs/GaSbⅡ类超晶格的几种台面腐蚀方法.实验所用的InAs/GaSbⅡ类超晶格材料是使用分子束外延设备生长的,材料采用PIN结构,单层结构为8 ML InAs/8 ML GaSb.腐蚀方法分为干法刻蚀和湿法腐蚀两大类.干法刻蚀使用不同的刻蚀气氛,包括甲基、氯基和氩气;湿法化学腐蚀采用了磷酸系和酒石酸酸系的腐蚀液.腐蚀后的材料台阶高度是使用α台阶仪测量,表面形貌通过晶相显微镜和扫描电镜表征.经过对比研究认为,干法刻蚀中甲基气氛刻蚀后的台面平整,侧壁光滑,侧壁角度为约80度,台阶深度易控制,适合深台阶材料制作.湿法腐蚀中磷酸系腐蚀效果好,台面平整,下切小,表面无残留,适用于焦平面红外器件制作工艺.

分子束外延InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格由于具有独特的能带结构和良好的材料性能被认为是第三代红外探测器的首选,近年来被广泛研究,并取得快速发展。分子束外延能够精确控制材料界面与周期厚度,是超晶格材料生长的主流手段。利用分子束外延技术在GaSb衬底上分别生长了中波、长波超晶格材料,并对所生长的超晶格材料的性能进行了全面表征,最后用制备的面阵器件验证了该材料的性能。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时,该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm·Hz1/2·W^(-1),盲元率为1.46%,响应非均匀性为7.55%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)为25.5 mK。经计算可知,这种器件的峰值量子效率为26.2%,50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明,该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关理论,然后分析利用红外中波In As/Ga SbⅡ类超晶格材料进行光伏探测器研制,在对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用理论分析和测试数据计算出研制器件的实际电流响应率,再将实际电流响应率与理论分析的电流响应率相比,同时消除芯片表面Si O2钝化层光学透过率的影响,计算出器件对红外波段2~6μm辐射响应的量子效率最高可达35%,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价In As/Ga SbⅡ类超晶格红外探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。

MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长In As/Ga SbⅡ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、V族元素浸润法和体材料生长法。短波(中波)In As/Ga Sb超晶格材料界面采用混合(mixed-like)界面,控制方法以生长中断法为主;长波(甚长波)超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法(migration-enhancedepitaxy,MEE)或Sbsoak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色(甚至多色)超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。