Nghiên cứu mới nhất củamáy dò quang tuyết lở
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 máy dò 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 InAs/InAsSb Lớp II (T2SL) có đặc tính quang điện và khả năng điều chỉnh tuyệt vời, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các máy dò hồng ngoại sóng dài (LWIR). Vấn đề phản hồi yếu trong phát hiện hồng ngoại sóng dài đã là một mối quan tâm từ lâu, làm hạn chế đáng kể độ tin cậy của các ứng dụng thiết bị điện tử. Mặc dù máy dò quang tuyết lở (Bộ tách sóng quang APD) có hiệu suất phản ứng tuyệt vời, nhưng lại chịu ảnh hưởng của dòng điện tối cao trong quá trình nhân lên.
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 diode quang điện (APD) hồng ngoại sóng dài siêu mạng (T2SL) hiệu suất cao loại II. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tỷ lệ tái hợp trục vít thấp hơn của lớp hấp thụ InAs/InAsSb T2SL để giảm dòng 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. Đầu dò áp dụng thiết kế phân tầng bậc thang, và bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thành phần của InAs và InAsSb, đạt được sự chuyển đổi mượt mà của cấu trúc dải, đồng thời cải thiện hiệu suất của đầu dò. Về quy trình lựa chọn và chuẩn bị vật liệu, nghiên cứu này mô tả chi tiết phương pháp phát triển và các thông số quy trình của vật liệu InAs/InAsSb T2SL được sử dụng để chuẩn bị đầu dò. Việc xác định thành phần và độ dày của InAs/InAsSb T2SL là rất quan trọng và cần phải điều chỉnh các thông số để đạt được sự cân bằng ứng suất. Trong bối cảnh phát hiện hồng ngoại sóng dài, để đạt được cùng bước sóng cắt như T2SL InAs/GaSb, cần có chu kỳ đơn InAs/InAsSb T2SL dày hơn. Tuy nhiên, chu kỳ đơn dày hơn dẫn đến hệ số hấp thụ giảm theo hướng tăng trưởng và khối lượng hiệu dụng của các lỗ trống trong T2SL tăng lên. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung thành phần Sb có thể đạt được bước sóng cắt dài hơn mà không làm tăng đáng kể độ dày chu kỳ đơn. Tuy nhiên, việc bổ sung quá nhiều Sb có thể dẫn đến sự phân tách các nguyên tố Sb.
Do đó, InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL với nhóm Sb 0.5 được chọn làm lớp hoạt động của APDmáy dò quang. InAs/InAsSb T2SL chủ yếu phát triển trên nền GaSb, do đó cần xem xét vai trò của GaSb trong việc quản lý biến dạng. Về cơ bản, việc đạt được trạng thái cân bằng biến dạng liên quan đến việc so sánh hằng số mạng trung bình của siêu mạng trong một chu kỳ với hằng số mạng của nền. Nhìn chung, biến dạng kéo trong InAs được bù trừ bởi biến dạng 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 tuyết lở, bao gồm đáp ứng phổ, dòng tối, nhiễu, v.v., và xác minh hiệu quả của thiết kế lớp gradient bậc thang. Hiệu ứng nhân tuyết lở của bộ tách sóng quang tuyết lở được phân tích, và mối quan hệ giữa hệ số nhân với công suất ánh sáng tới, nhiệt độ và các thông số khác được thảo luận.
HÌNH (A) Sơ đồ của bộ tách sóng quang hồng ngoại APD sóng dài InAs/InAsSb; (B) Sơ đồ của trường điện tại mỗi lớp của bộ tách sóng quang APD.
Thời gian đăng: 06-01-2025