1 北京邮电大学 信息光子学与光通信全国重点实验室,北京 100876
2 超晶科技(北京)有限公司,北京 100083
3 西南技术物理研究所,成都 610041
4 电子科技大学 基础与前沿研究院,成都 610054
二类超晶格(T2SL)相对于其它制冷型红外探测器材料体系,具有成本低、均匀性高、工艺兼容性好等特点,且波长灵活可调、俄歇复合速率低。k·p方法作为一种常用且相对成熟的能带结构仿真技术,具有计算精度高、节省计算资源等特点,在T2SL的仿真中受到了广泛的关注。梳理了中波、长波、甚长波T2SL红外探测器的仿真进展,归纳了k·p方法的发展过程,以及该方法在T2SL红外探测器仿真中的进展和作用,直观展示k·p方法在超晶格仿真工作中的准确性与便利性; 重点讨论了T2SL探测器的暗电流机制、量子效率和吸收光谱等性质,对T2SL红外探测器的研究和应用前景进行展望。采用包络函数近似下的k·p方法可以对超晶格材料的能带结构和电子性质进行较为准确的理论分析和仿真计算。
探测器 二类超晶格 k·p方法 器件仿真 detectors type-Ⅱ superlattices the k·p method device simulation
1 华北光电技术研究所,北京 100015
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083
报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术,获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术,制备出像元中心距30 μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连,采用杜瓦封装,与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7 μm(波段1)和10.0 μm(波段2)。波段1平均峰值探测率达到8.21×1010 cmW-1Hz1/2,NETD实现28.8 mK;波段2平均峰值探测率达到6.15×1010 cmW-1Hz1/2,NETD为37.8 mK,获得了清晰的成像效果,实现长/长波双色探测。
二类超晶格 长/长波 双色 焦平面阵列 type-II superlattice long-/long-wavelength dual-band focal plane array
1 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
2 中国科学院大学杭州高等研究院 物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
4 复旦大学 光电研究院 上海市智能光电与感知前沿科学研究基地,上海 200433
5 复旦大学 芯片与系统前沿技术研究院上海 200433
nBn红外探测器旨在消除肖特基-里德-霍尔产生复合电流,这将有效降低器件的暗电流并提高工作温度。由于制造工艺的兼容性和晶格匹配的衬底的存在,基于III-V化合物(包括二类超晶格材料)的nBn红外探测器得到了快速发展。通过理论模拟,基于HgCdTe材料的nBn红外探测器也能有效抑制暗电流。然而,去除价带势垒的困难阻碍了HgCdTe nBn器件的发展。本综述将阐述nBn探测器抑制暗电流的物理机制,并介绍nBn探测器在不同材料体系中的发展现状和趋势。
nBn红外探测器 Sb基III-V族半导体 二类超晶格 碲镉汞 nBn infrared detector Sb-based III-V semiconductor type-II superlattice HgCdTe
红外与激光工程
2022, 51(3): 20220106
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。
二类超晶格 红外探测器 焦平面 type II superlattices, infrared detector, focal-pl
1 中国科学院半导体研究所,超晶格国家重点实验室,北京 100083
2 中国科学院半导体研究所,锑化物窄带隙半导体研究中心,北京 100083
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 101408
近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面,二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高,以及成本低等优越性能,使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。
二类超晶格 多色红外探测器 量子效率 光学串扰 InAs/GaSb InAs/GaSb Type-Ⅱ superlattice multi-color infrared detector quantum efficiency optical crosstalk
III-V族半导体在第三代红外探测器中扮演了重要的角色,近年来越来越受到人们的瞩目,特别是 InAs/GaSb二类超晶格已经成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要回顾了以色列 SCD公司在 III-V族红外探测器的研究历程。重点总结了 SCD关于 InAsSb nBn中波高温探测器和 InAs/GaSb二类超晶格 pBp长波探测器中的研发。
SCD公司 III-V红外探测器 二类超晶格 InAsSb中波高温探测器 pBp长波探测器 SCD III-V semiconductors infrared detector type II superlattice InAsSb nBn MWIR HOT detector pBp LWIR detector
采用分子束外延工艺方法生长的 InAs/GaSb二类超晶格材料因其独特的能带断带结构, 极大地降低了俄歇复合暗电流, 且其较大的电子有效质量使得隧穿电流进一步降低, 因此超晶格材料成为国内外红外领域研究关注的重点。本文介绍的超晶格中长波双色探测器采用 npn背靠背结构, 阵列规模为 320×256, 像元中心距为 30 .m。其中测得 80 K温度下, -0.1 V偏压工作时中波 50%截止波长为4.5 .m, 0.17 V偏压工作时长波 50%截止波长为 10.5 .m, 对应的峰值量子效率为 45%、33%, 相应的暗电流密度为 5.94×10-7 A/cm2@-0.1 V、1.72×10-4 A/cm2@0.17 V, NETD为 16.6 mK、15.6 mK。
二类超晶格 中长波双色 焦平面阵列 InAs/GaSb InAs/GaSb type-II superlattice mid-/long-wavelength dual band focal plane array