1 上海理工大学,上海 200433
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
3 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
II类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测,而通过离子注入实现横向PN结,一方面材料外延工艺简单,同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运,且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种材料表征技术,研究了不同能量的Si离子注入以及退火前后对InAs/GaSb II类超晶格材料性能的影响。研究通过Si离子注入,外延材料由P型变为N型,超晶格材料中产生了垂直方向的拉伸应变,晶格常数变大,且失配度随着注入能量的增大而增大,注入前失配度为-0.012%,当注入能量到200 keV时,失配度达到0.072%,超晶格部分弛豫,弛豫程度为14%,而在300 °C 60 s退火后,超晶格恢复完全应变状态,且晶格常数变小,这种张应变是退火引起的Ga-In相互扩散以及Si替位导致的晶格收缩而造成的。
InAs/GaSb II类超晶格 离子注入 平面结 退火 HRXRD InAs/GaSb Type II superlattice ion implantation planar junction annealing HRXRD
中国电子科技集团有限公司第十一研究所,北京100015
针对InAs/GaSb II类超晶格红外探测器开发高质量背减薄工艺,获得了高质量衬底表面,改善了超晶格红外探测器组件的成像品质。采用机械抛光和机械化学抛光相结合的工艺减薄衬底,其中机械抛光削减衬底大部分厚度,然后通过机械化学抛光去除机械损伤。机械化学抛光过程中,在压力、转速等不变的情况下,主要研究机械化学抛光液的pH值对衬底表面质量的影响。实验结果表明,当机械化学抛光液的pH值为94时,获得了高质量、低损伤的芯片衬底表面,并实现了最佳的探测器组件成像效果。
InAs/GaSb II类超晶格 红外探测器 背减薄 pH值 InSb/GaSb type-II superlattice infrared detector back thinning pH value
采用双色单铟柱结构的II类超晶格红外探测器件在台面成型过程中加工难度大且易于产生损伤, 影响器件的性能。针对此问题进行了低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀技术研究。首先建立一种损伤评判机制, 判断现有工艺刻蚀后材料是否发生反型。然后通过优化光刻胶厚度、变功率分步刻蚀的方式, 实现低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀, 同时有效解决单次刻蚀深台面时易堆积生成物以及侧壁过于陡峭等工艺问题。台面中心间距为20 m, 刻蚀深度超过8 m, 缝隙深宽比可达2。基于此台面制备的器件具有明显的双阻抗特征。其中, 长波阻抗峰值为100 MΩ, 并且I-V曲线中长波侧的平坦区超过100 mV。从电学角度初步判断该器件具有双色探测的能力, 验证了本文工艺的可行性。
II类超晶格 低损伤 刻蚀技术 type-II superlattice low damage etching technique
为了验证外延材料制备工艺试验的正确性,减少GaSb衬底对红外光的吸收,同时提升探测器的可靠性和长期稳定性,需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄,最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除,使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明,超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用,材料表面光滑,衬底无残留。探测器性能测试结果表明,减薄后的探测器芯片性能未发生变化。
II类超晶格 锑化镓衬底 背面减薄 腐蚀 type-II superlattice GaSb substrate back-thinning etch
陕西理工大学机械工程学院,陕西 汉中 723001
新型材料结构的设计是提高红外探测器性能的有效途径。锑基II类超晶格InAs/InAsSb作为红外光敏材料时结构稳定,且具有低暗电流、高温工作特性以及优越的光电转化效率,是研制高温工作红外探测器的理想材料。综述了基于锑化物II类超晶格InAs/InAsSb的研究进展,介绍了现阶段应用在典型单极势垒结构中的两种红外探测器性能,并对锑化物II类超晶格InAs/InAsSb探测器的发展进行展望。
探测器 锑化物 II类超晶格 红外探测器 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1700004
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
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210897
本文系统地介绍了国内外研究机构对超晶格界面进行研究时采用的测试分析手段。其中, 通过拉曼光谱、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、扫描隧道显微镜(STM)、二次离子质谱(SIMS)、 X射线光电子能谱(XPS)等测试方法可以对 InAs/GaSb II类超晶格材料界面类型、界面粗糙度、陡峭性等特性进行测试分析, 从而评估超晶格界面质量。光致发光谱(PL谱)、高分辨率 X射线衍射(HRXRD)、霍尔测试、吸收光谱等测试方法则可以研究超晶格界面质量对超晶格材料能带、晶体质量、光学性质的影响。
InAs/GaSb II类超晶格 InSb-like界面 GaAs-like界面 陡峭性 InAs/GaSb type-II superlattice, InSb-like interfac
主要介绍了II类超晶格探测器芯片双波段背增膜在探测器中的作用及其膜系设计与制备工艺。该膜的作用是减小探测器芯片表面在响应波段(3~5 m及7~9 m)对红外光的反射率,增强芯片的光响应率,从而提高芯片性能。研究并解决了背增膜在设计与制备工艺中的主要技术问题。根据探测器的使用环境对薄膜进行了相应的牢固性实验及测试。结果表明,此薄膜的光谱响应率和牢固度能充分满足探测器的要求。目前这项背增透薄膜制备工艺已是II类超晶格探测器生产中不可缺少的工艺步骤,应用前景良好。
双色红外探测器 II类超晶格 锑化镓 背增膜 dual-band infrared detector type-II superlattice GaSb back-adding film