基于锑化物Ⅱ类超晶格结构的中远红外探测器, 由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了锑化物Ⅱ类超晶格中远红外探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的应用情况, 介绍了其在中远红外雪崩光电探测器领域的研究现状。锑化物Ⅱ类超晶格探测器的部分性能指标已接近、甚至超过了碲镉汞探测器, 并在部分红外装备上得到了应用。而基于锑化物Ⅱ类超晶格的雪崩光电探测器件在中远红外弱光探测领域尚处于起步阶段, 与碲镉汞探测器相比还有很大差距, 但同时也呈现出了巨大的发展潜力。

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。

武汉高芯科技有限公司从 2014年开始制备基于 InAs/GaSbII类超晶格的长波红外探测器。在本文中, 报道了像元规模为 640×512, 像元间距为 15.m的长波红外焦平面探测器。在 77 K时, 器件的 50%截止波长为 10.5 .m, 峰值量子效率为 38.6%, 当 F数为 2、积分时间为 0.4 ms时, 测得器件的噪声等效温差为 26.2 mK, 且有效像元率达 99.71%。本文通过分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)技术与成熟的 III-V族芯片技术, 成功地验证了在大于 10 .m的长波波段, 用超晶格代替 HgCdTe实现国产化并大规模量产的可行性。

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 InAs/GaSbⅡ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 SiO2钝化层光学透过率的影响,计算出器件对红外波段 2～6.m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 InAs/GaSbⅡ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。

报道了InAs/GaSb二类超晶格红外探测器的瞬态光伏响应特性.通过对p-b-i-n二类超晶格探测器对皮秒脉冲激发的瞬态响应特性的分析及拟合, 获得了器件的表观少数载流子的寿命.并对不同尺寸台面结构单元器件进行测试分析, 发现少数载流子寿命随着台面面积的增大而增大, 归结为由于侧壁表面效应带来的影响.所测器件的少数载流子为空穴, 其表观寿命约为2～12ns.

近年来，锑基Ⅱ类超晶格红外探测器受到特别的关注，主要原因在于：锑化物Ⅱ类超晶格材料可能具有与碲镉汞相当的红外材料特性。根据Ⅱ类超晶格材料的基本特性、能带结构与电子空穴物理分离机理、美国3个主力联合研究团队的攻关现状，对Ⅱ类超晶格材料、器件的难点与前景进行分析。