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InSb （100）衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb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,InAlSb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4.48 m增加至210 K时的4.95 m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg（0）、和的值分别为0.238 6 eV,2.8710-4 eV/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1.0910-5 A/cm-2,阻抗为1.40104 cm2,相当于77 K下InSb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。     

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。     

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。     

pπBn型Ⅱ类超晶格暗电流特性研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格(T2SL)红外探测器由于具有宽光谱探测能力、较好的材料均匀性、可以抑制载流子俄歇复合率和灵活的能带设计等优点,在长波红外探测领域具有很大的优势。但由于暗电流较大,其性能并未达到理论预测。pπBn结构是在超晶格材料的吸收层和接触层之间增加单极势垒,以抑制G R暗电流和隧穿暗电流。本文分别从理论上研究了吸收层、势垒层和接触层的超晶格能带结构。模拟了pπBn结构的InAs/GaSb T2SL,研究了其吸收层掺杂浓度、势垒层掺杂浓度和势垒厚度对器件暗电流的影响。通过优化吸收层掺杂浓度、势垒层厚度和掺杂浓度,得到暗电流密度为8.35×10-7A/cm-2的pπBn结构InAs/GaSb T2SL,与优化前的结构相比,暗电流降低了一个数量级。研究过程不仅为pπBn结构的InAs/GaSb T2SL器件的低暗电流设计提供了指导,而且为优化超晶格器件的暗电流提供了一种系统的方法。     

高Al组分In1-xAlx Sb/InSb的MBE生长研究

高Al(10%~15%)组分的In1-xAlx Sb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In1-xAlx Sb/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In1-xAlx Sb缓冲层和生长温度对外延薄膜质量的影响。     

低Al组分In1-xAlxSb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。     

碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。     

nBn型InSb红外器件性能仿真

从能带结构方面分析了InSb nBn结构的势垒层,并使用Sentaurus TCAD软件计算并模拟了改进前后的器件IV性能,仿真结果表明,在势垒层靠近吸收层一侧加入渐变层可以有效改进器件性能。之后模拟仿真了势垒层Al组分、厚度对器件性能的影响。最后根据仿真结果选定结构参数进行实际分子束外延生长,并给出初步的器件结果。     

InAsSb势垒阻挡型红外探测器暗电流特性研究

计算了不同温度下由辐射复合和俄歇复合决定的InAsSb材料的载流子寿命,结果表明,低温下n型InAsSb材料的载流子寿命受限于辐射复合过程,而高温下InAsSb材料的载流子寿命取决于Auger 1复合过程。讨论了势垒阻挡型器件的暗电流解析模型及暗电流抑制机理,通过在nBn吸收层的另一侧增加重掺杂的n型电极层形成nBnn⁺结构对吸收区内的载流子进行耗尽,吸收区少数载流子浓度降低约两个数量级,从而进一步降低器件暗电流。成功制备了InAsSb-基nBnn⁺器件,150 K下器件暗电流低至3×10^-6 A/cm²,采用势垒结构器件的暗电流解析模型对150 K下器件的暗电流进行拟合分析,结果表明由于势垒层为p型掺杂,在吸收层形成耗尽区,导致器件中的产生复合电流并没有完全被抑制,工作温度低于180 K,器件暗电流受限于产生复合电流,工作温度高于180 K,器件暗电流受限于扩散电流。     

283 nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器

实验中使用在蓝宝石衬底上用低压金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的AlGaN基p-i-n结构材料,通过对工艺流程的优化设计,制作了背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器,获得了较高的外量子效率。材料中p区和i区的Al组分为40%,n区Al组分为65%。探测器为直径500 m的圆形,光谱响应起止波长为260~310 nm,峰值响应波长283 nm。零偏压下,暗电流密度为2.710-10 Acm-2,对应的R0A参数为3.8108 cm2,峰值响应率为13 mA/W,对应的峰值探测率为1.971012 cmHz1/2W-1。其在-7 V偏压下,峰值响应率达到148 mA/W,对应的外量子效率达到63%。     

A resonant tunneling quantum-dot infrared photodetector

A novel device-resonant tunneling quantum-dot infrared photodetector-has been investigated theoretically and experimentally. In this device, the transport of dark current and photocurrent are separated by the incorporation of a double barrier resonant tunnel heterostructure with each quantum-dot layer of the device. The devices with In/sub 0.4/Ga/sub 0.6/As-GaAs quantum dots are grown by molecular beam epitaxy. We have characterized devices designed for /spl sim/6 /spl mu/m response, and the devices also exhibit a strong photoresponse peak at /spl sim/17 /spl mu/m at 300 K due to transitions from the dot excited states. The dark currents in the tunnel devices are almost two orders of magnitude smaller than those in conventional devices. Measured values of J/sub dark/ are 1.6/spl times/10/sup -8/ A/cm/sup 2/ at 80 K and 1.55 A/cm/sup 2/ at 300 K for 1-V applied bias. Measured values of peak responsivity and specific detectivity D/sup */ are 0.063 A/W and 2.4/spl times/10/sup 10/ cm/spl middot/Hz/sup 1/2//W, respectively, under a bias of 2 V, at 80 K for the 6-/spl mu/m response. For the 17-/spl mu/m response, the measured values of peak responsivity and detectivity at 300 K are 0.032 A/W and 8.6/spl times/10/sup 6/ cm/spl middot/Hz/sup 1/2//W under 1 V bias.     

Spatial integration of direct band-to-band tunneling currents ingeneral device structures

A simplified integration technique for direct band-to-band tunneling current calculation in semiconductor devices of 1- or 2-D general device structures is described. The integration, along part of the depletion region, is of a tunneling generation function which depends on the local electric field. The simplified integration scheme relies on Kane's parabolic shaped gap barrier which accurately applies to such narrow-bandgap semiconductors as InSb and Hg_1-xCd_xTe. Tunneling current and zero bias resistance calculations in 1-D Hg_1-xCd_xTe p-n junctions using the proposed technique are presented. The extension of the technique to 2-D potential structures is demonstrated by modeling peripheral surface tunneling currents. The results compare well with measured reverse breakdown currents of InSb gate-controlled diodes     

SiGeC/Si异质结二极管特性分析与优化设计

基于异质结理论,提出了一种新型p+(SiGeC)-n--n+异质结功率二极管结构。分析了C对SiGe合金的应变补偿作用的物理机理。利用MEDICI模拟、对比分析了C的引入对器件电特性的影响,并针对不同Ge/C组分比进行优化设计。结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,提高了器件稳定性,而且对于一定的Ge含量存在一个C的临界值,使得二极管具有最小的反向漏电流,该临界值的提出,对研究其它结构SiGeC/Si异质结半导体器件有一定的参考意义。