Nghiên cứu mới nhất vềmáy dò quang điện thác lũ
Công nghệ phát hiện hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong trinh sát quân sự, giám sát môi trường, chẩn đoán y tế và các lĩnh vực khác. Các bộ детектор hồng ngoại truyền thống có một số hạn chế về hiệu suất, chẳng hạn như độ nhạy phát hiện, tốc độ phản hồi, v.v. Vật liệu siêu mạng loại II (T2SL) InAs/InAsSb có đặc tính quang điện và khả năng điều chỉnh tuyệt vời, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các bộ детектор hồng ngoại sóng dài (LWIR). Vấn đề phản hồi yếu trong phát hiện hồng ngoại sóng dài đã là mối quan ngại trong một thời gian dài, điều này hạn chế đáng kể độ tin cậy của các ứng dụng thiết bị điện tử. Mặc dù bộ детектор quang thác lũ (bộ tách sóng quang APDMặc dù có hiệu suất phản hồi tuyệt vời, nhưng nó lại gặp phải vấn đề dòng điện tối cao trong quá trình nhân.
Để giải quyết những vấn đề này, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung Quốc đã thiết kế thành công một điốt quang học avalanche (APD) hồng ngoại sóng dài siêu mạng loại II (T2SL) hiệu suất cao. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tỷ lệ tái hợp Auger thấp hơn của lớp hấp thụ InAs/InAsSb T2SL để giảm dòng điện tối. Đồng thời, AlAsSb với giá trị k thấp được sử dụng làm lớp nhân để triệt tiêu nhiễu của thiết bị trong khi vẫn duy trì độ khuếch đại đủ. Thiết kế này cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ phát hiện hồng ngoại sóng dài. Bộ детектор sử dụng thiết kế bậc thang, và bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thành phần của InAs và InAsSb, sự chuyển tiếp mượt mà của cấu trúc dải được đạt được, và hiệu suất của bộ детектор được cải thiện. Về lựa chọn vật liệu và quy trình chế tạo, nghiên cứu này mô tả chi tiết phương pháp tăng trưởng và các thông số quy trình của vật liệu InAs/InAsSb T2SL được sử dụng để chế tạo bộ детектор. Việc xác định thành phần và độ dày của InAs/InAsSb T2SL là rất quan trọng và cần điều chỉnh thông số để đạt được sự cân bằng ứng suất. Trong bối cảnh phát hiện tia hồng ngoại sóng dài, để đạt được bước sóng cắt tương tự như cấu trúc siêu mạng InAs/GaSb T2SL, cần có lớp đơn InAs/InAsSb T2SL dày hơn. Tuy nhiên, lớp đơn dày hơn dẫn đến giảm hệ số hấp thụ theo hướng tăng trưởng và tăng khối lượng hiệu dụng của các lỗ trống trong T2SL. Người ta nhận thấy rằng việc thêm thành phần Sb có thể đạt được bước sóng cắt dài hơn mà không làm tăng đáng kể độ dày của lớp đơn. Tuy nhiên, hàm lượng Sb quá cao có thể dẫn đến sự phân tách các nguyên tố Sb.
Do đó, InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL với nhóm Sb 0.5 đã được chọn làm lớp hoạt tính của APD.bộ tách sóng quangCấu trúc siêu mạng T2SL InAs/InAsSb chủ yếu phát triển trên chất nền GaSb, do đó cần xem xét vai trò của GaSb trong việc quản lý ứng suất. Về cơ bản, việc đạt được trạng thái cân bằng ứng suất liên quan đến việc so sánh hằng số mạng trung bình của siêu mạng trong một chu kỳ với hằng số mạng của chất nền. Nói chung, ứng suất kéo trong InAs được bù lại bởi ứng suất nén do InAsSb tạo ra, dẫn đến lớp InAs dày hơn lớp InAsSb. Nghiên cứu này đã đo các đặc tính đáp ứng quang điện của bộ tách sóng quang thác lũ, bao gồm đáp ứng phổ, dòng điện tối, nhiễu, v.v., và xác minh hiệu quả của thiết kế lớp gradient bậc thang. Hiệu ứng nhân thác lũ của bộ tách sóng quang thác lũ được phân tích, và mối quan hệ giữa hệ số nhân và công suất ánh sáng tới, nhiệt độ và các thông số khác được thảo luận.
Hình (A) Sơ đồ cấu tạo của bộ tách sóng quang APD hồng ngoại sóng dài InAs/InAsSb; (B) Sơ đồ cấu tạo của điện trường tại mỗi lớp của bộ tách sóng quang APD.
Thời gian đăng bài: 06/01/2025