锑基二类超晶格中波红外焦平面探测器技术

InAs/GaSbⅡ类超晶格以其特有的量子效率高、暗电流小、能带结构可调等材料性能和器件优势,成为第三代红外探测器技术的最佳选择之一。本文报道了中波InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的设计、生长、器件工艺技术,制备出了高性能的128×128中波InAs/GaSbⅡ类超晶格红外焦平面探测器,像元暗电流密度降到1.8×10-7A/cm2,量子效率达36.64%。     

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。     

InAs/GaSb II类超晶格中波红外探测器

InAs/GaSb II类超晶格探测器是近年来国际上发展迅速的红外探测器,其优越性表现在高量子效率和高工作温度,以及良好的均匀性和较低的暗电流密度,因而受到广泛关注。报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长和器件性能。通过优化分子束外延生长工艺,包括生长温度和快门顺序等,获得了具原子级表面平整的中波InAs/GaSb超晶格材料,X射线衍射零级峰的双晶半峰宽为28.8,晶格失配a/a=1.510-4。研制的p?鄄i?鄄n单元探测器在77 K温度下电流响应率达到0.48 A/W,黑体探测率为4.541010 cmHz1/2W,峰值探测率达到1.751011 cmHz1/2W。     

锑化物中/中波双色红外探测器研究进展

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求,中/中波双色同时获取两个波段的目标信息,对复杂的背景进行抑制,可以有效排除干扰源的影响,提高了探测的准确性,增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力,因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测,锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展,与传统InSb双色探测器相比,中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势,但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究,以提高探测性能,满足工程化应用需求。     

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/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

锑基Ⅱ类超晶格红外探测器——第三代红外探测器的最佳选择

以多色、大面阵、高性能、低成本为特征的第三代红外探测器是当前红外探测器的发展方向及目标.InAs/GaInSb Ⅱ类超晶格探测器因为独特的断代能带结构以及自身存在的材料和器件优势,在大面阵长波红外探测器、高温中波红外探测器、中波双色探测器以及甚长波红外探测器领域显示出优异的器件性能和技术成熟性,成为第三代红外探测器技术...     

Ⅲ—Ⅴ族超晶格量子阱结构红外探测器最新进展

半导体超晶格量子阱作为新一代微电子器件材料而迅速堀起,亦为寻求品质优异、具有特殊性能的红外探测器材料开拓了一个全新的能带工程领域。本文综述了国外发展很快的Ⅲ-Ⅴ族超晶格量子阱红外器件,着重介绍近两年的新成果。     

中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构,获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术,研制出384288规模、25 m中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良,噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波),响应峰值波长分别为5.1 m(中波)和8.5 m(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。     

高性能锑化物超晶格中红外探测器研究进展（特邀）

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段,在各个领域都有着非常重要的作用。其中,以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器,由于去除了Ga原子的缺陷,具有更高的少子寿命,有利于提高探测器性能。此外,使用光子晶体结构,进行表面光学性能调控,可以提高器件的响应度,从而降低材料吸收区厚度,降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升,进一步优化了探测器的性能,进而提高器件工作温度,进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明:使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下,提高器件量子效率,实现响应光谱的展宽,在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题,详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。     

二类超晶格红外焦平面探测器的研究进展

近几年,二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展,使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势,总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展,回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程,并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。     

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

高量子效率中波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器分子束外延生长及特性（英文）

基于分子束外延(MBE)生长技术获得了高量子效率的InAs/GaSb T2SLs中波红外(MWIR)光电探测器结构材料,表现出了层状结构生长的光滑表面和出色的晶体结构均匀性。此超晶格中波红外探测器的50%截止波长约为5.5μm,峰值响应率为2.6 A/W,77 K下量子效率超过了80%,与碲镉汞的量子效率相当。在77K,-50 m V偏压下的暗电流密度为1.8×10~(-6)A/cm~2,最大电阻面积乘积(RA)(-50 m V偏压)为3.8×10~5Ω·cm~2,峰值探测率达到了6.1×10~(12)cm Hz~(1/2)/W。     

8～12μm超晶格量子阱红外探测材料与器件的新进展

超晶格材料与量子阱器件的发展提供了一条实现8～12μm红外探测的新途径，作者曾分绍过GaAs-GaAlAs n型光导多量子阱红外探测器、InAsSb和InAs-Ga1-xInxSb应变超晶格材料和器件及HgTe-CdTe超晶格材料，本文将补充GaAs-GaAlAs p型光导多量子阱和光伏(或称Kastalsky)型红外探测器；以GaAs或InGaAs为基极的红外热电子晶体管(IHET)；Ga1-xAlxSbAlGb超晶格材料和GexSi1-x-Si量子阱材料与内光电子发射红外探测器。这些都是目前研制长波红外材料与器件的热点。     

Ⅱ类超晶格红外探测器多层膜背增透研究

Ⅱ类超晶格材料相对较小的吸收系数限制了超晶格焦平面探测器的探测性能,通过在焦平面背面镀制增透膜,可有效提升器件的量子效率。研究采用仿真计算,设计了GaSb基InAs/GaSb超晶格探测器的多层背增透膜结构,并在GaSb衬底和超晶格焦平面探测器上进行了制备,实验结果验证了该薄膜具有提升探测器响应性能的作用。     

中/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段3.5～4.8μm,长波波段7.5～9.5μm,噪声等效温差中波28.8mK、长波38.8mK,响应率非均匀性中波4.52%、长波7.89%;盲元率中波1.2%、长波1.3%,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。     

甚长波量子阱红外探测器中的双激发态工作机理

通过对甚长波量子阱红外探测器的变温变偏压光谱实验,发现了光电流谱峰值响应波长与半高宽随偏置电压和温度变化均会发生变化,尤其以小偏压下峰值移动明显.结合器件能带结构计算的结果,提出了甚长波量子阱红外探测器中双激发态工作模型,并阐明了其中束缚态-准束缚态跃迁模式中准束缚态的物理特性,包括隧穿特性和热离化特性,以及不同工作条件下这两种物理过程在形成光电流时的主导性.同时,验证了甚长波量子阱红外探测器件的第一激发态随外界工作条件的变化会呈现出准束缚到准连续的变化特性.最后,揭示了在甚长波量子阱红外探测器工作中束缚态-准束缚态跃迁工作模式对于降低器件暗电流、提升器件工作温度、提高器件探测率的有效性.     

320×256 InAs/GaSb超晶格中/短波双色探测器组件研制

InAs/GaSb超晶格材料制备的新型红外器件在最近十几年得到了迅速发展。文中开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器组件研制,设计了中/短波双色叠层背靠背二极管芯片结构,用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器组件,对探测器组件进行了测试分析。结果显示,在77 K下中波二极管RA值达到26.0 kΩ·cm2,短波的RA值为562 kΩ·cm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 μm,中波为3~5 μm,满足设计要求。双色峰值探测率达到中波3.12×1011 cm·Hz1/2W-1,短波1.34×1011 cm·Hz1/2W-1。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

基于InSb的新型红外探测器材料（特邀）

InSb单晶是制备工作于中波红外大气窗口（3~5 μm）光子型探测器的典型光电转换材料,采用该单晶材料所制备的InSb红外探测器以高性能、大规格像元阵列、高稳定性和相对低成本为特点,广泛应用于军用红外系统和高端民用红外系统领域。然而,InSb 红外探测器响应波长范围固定不可调节、响应仅限于短中波红外而对长波红外无响应、相对有限的载流子寿命制约器件高温工作性能等固有特点,限制了该型探测器在工程中的广泛应用。文中系统地介绍了基于InSb材料人们为改进上述不足所开展的新型材料及其光电响应方面的研究结果。这些材料主要包括:采用合金化方法改变InSb组分形成新型多元合金材料、采用量子结构形成新型低维探测材料。对于新型合金材料,介绍了材料的合金相图、带隙与合金组分的关系、带隙的温度关联特性,并给出采用该材料制备器件的典型光电性能;对于量子结构材料,介绍了材料的制备方法、带隙与量子尺寸的关系,以及采用该材料制备原型器件的典型光响应特性。最后,对新型InSb基红外探测材料与器件的发展趋势、关键问题、研究重点进行了探讨。     

InAs/(In)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器研究现状

InAs/GaSb Ⅱ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)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器技术.