1 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点，通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运，可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流；利用多级短吸收区结构，在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子，从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展，包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。
带间级联探测器 高工作温度 红外焦平面 发光二极管 interband cascade photodetector high operation temperature infrared focal plane arrays light emitting diode
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 上海科技大学 信息学院，上海 201210
本文基于长波InAs / GaSb II类超晶格红外焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA）设计和生长了由ZnS和Ge组成的多层薄膜结构。与没有多层薄膜的FPA相比，多层薄膜使其响应峰位置从8.7 μm和10.3 μm分别移动到9.8 μm和11.7 μm，50％响应截止波长从11.6 μm移动至12.3 μm，并且在波长为12 μm处的响应强度增加了69％。总之，优化的多层薄膜可以调控FPA的响应波长，这为实现更高灵敏度和更高成像能力的长波红外探测提供了更好的平台。
II类超晶格 焦平面阵列 多层薄膜 响应调控 Type-II superlattices FPAs multi-coatings tunable response
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了采用Cl2/N2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。
电感耦合等离子 刻蚀 焦平面 inductively coupled plasma(ICP) etching InAs/GaSb II类超晶格 InAs/GaSb superlattices focal plane arrays (FPAs) 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02171
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了InAs/GaSb II 类超晶格长波探测器的γ 辐照效应.在60Co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.
γ 辐照 实时辐照效应 长波红外探测器 InAs/GaSb II类超晶格 γ irradiation real-time effects long-wave infrared detector InAs/GaSb superlattice
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 上海科技大学 物质科学与技术学院,上海 201210
用投掷法和有限元差分法计算了单周期调制掺杂GaAs/AlGaAs双量子阱的能带结 构,得到基态能级与第一激发态的能级差为 43.3 meV,并由此推算得到产生载流子横向转 移效应的电场强度为1.2~1.8 kV/cm之间.采用 MBE 技术生长了所涉及的双量子阱结构, 通过优化退火条件,获得了较理想的金属—半导体接触条件.在此基础上,测得在电场强度 为 1.5 kV/cm时,电流—电压曲线呈现出负阻特性.该电场强度区别于GaAs耿氏效应的电 场强度,由此判定,产生微分负阻的机理是电子由高迁移率导电层到低迁移率导电层的横向 转移所致,即实空间转移.
微分负阻效应 实空间转移 GaAs/AlGaAs GaAs/AlGaAs negative differential resistance effect real space transfer
中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
报道了320 × 256元InAs /GaSb II 类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PNNP叠层双色外延结构，信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb 衬底上生长超晶格材料，双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs /7 ML GaSb和10 ML InAs /10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30 μm.在77 K 时测试，器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2 μm和5.5 μm，其中NonP器件平均峰值探测率达到6.0×1010 cmHz1/2W-1，盲元率为8.6%；PonN器件平均峰值探测率达到2.3×109 cmHz1/2W-1，盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.
超晶格 双色 焦平面 InAs/GaSb InAs/GaSb superlattice doublecolor focal plane array 红外与毫米波学报
2015, 34(6): 0716
1 中国科学院中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
报道了320×256元InAs/GaSb Ⅱ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GaSb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14ML(InAs)/7ML(GaSb), 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77K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8.41×109cmHz1/2W-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.
长波红外探测器 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格 焦平面阵列 long-wave infrared detector InAs/GaSb superlattice focal planes array
