המחקר האחרון של גלאי פוטו של מפולת שלגים

המחקר האחרון שלגלאי פוטו של מפולת שלגים

טכנולוגיית גילוי אינפרא אדום נמצאת בשימוש נרחב בסיור צבאי, ניטור סביבתי, אבחון רפואי ותחומים אחרים. לגלאי אינפרא אדום מסורתיים יש מגבלות ביצועים מסוימות, כגון רגישות גילוי, מהירות תגובה וכן הלאה. לחומרי סריג-על מסוג InAs/InAsSb Class II (T2SL) יש תכונות פוטואלקטריות מצוינות ויכולת כוונון, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור גלאי אינפרא אדום גל ארוך (LWIR). בעיית התגובה החלשה בגילוי אינפרא אדום גל ארוך הייתה דאגה מזה זמן רב, מה שמגביל מאוד את האמינות של יישומי מכשירים אלקטרוניים. למרות שגלאי פוטו של מפולת שלגים (גלאי פוטו APD) בעל ביצועי תגובה מצוינים, הוא סובל מזרם חושך גבוה במהלך הכפל.

כדי לפתור בעיות אלו, צוות מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה האלקטרונית של סין תכנן בהצלחה פוטודיודה (APD) מפולת אינפרא אדום ארוכת גלים מסוג T2SL בעלת ביצועים גבוהים. החוקרים השתמשו בקצב רקומבינציה נמוך יותר של שכבת הספיגה InAs/InAsSb T2SL כדי להפחית את הזרם האפל. במקביל, AlAsSb עם ערך k נמוך משמש כשכבת מכפיל כדי לדכא רעשי המכשיר תוך שמירה על הגבר מספיק. עיצוב זה מספק פתרון מבטיח לקידום פיתוח טכנולוגיית גילוי אינפרא אדום ארוכת גלים. הגלאי מאמץ עיצוב מדורג, ועל ידי התאמת יחס ההרכב של InAs ו-InAsSb, מושג מעבר חלק של מבנה הפס, וביצועי הגלאי משופרים. מבחינת בחירת חומרים ותהליך הכנתם, מחקר זה מתאר בפירוט את שיטת הגידול ופרמטרי התהליך של חומר InAs/InAsSb T2SL המשמש להכנת הגלאי. קביעת ההרכב והעובי של InAs/InAsSb T2SL היא קריטית ונדרשת התאמת פרמטרים כדי להשיג איזון מאמצים. בהקשר של גילוי אינפרא אדום בגלים ארוכים, כדי להשיג את אותו אורך גל חיתוך כמו InAs/GaSb T2SL, נדרשת אורך גל עבה יותר של InAs/InAsSb T2SL בעל תקופה יחידה. עם זאת, חד-ציקל עבה יותר מביא לירידה במקדם הבליעה בכיוון הגדילה ולעלייה במסה האפקטיבית של חורים ב-T2SL. נמצא כי הוספת רכיב Sb יכולה להשיג אורך גל חיתוך ארוך יותר מבלי להגדיל משמעותית את עובי התקופה היחידה. עם זאת, הרכב Sb עודף עלול להוביל להפרדה של יסודות Sb.

לכן, InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL עם קבוצת Sb 0.5 נבחרה כשכבה הפעילה של APD.גלאי אורשכבת T2SL מסוג InAs/InAsSb גדלה בעיקר על מצעים של GaSb, ולכן יש לקחת בחשבון את תפקידו של GaSb בניהול עומסים. בעיקרון, השגת שיווי משקל עומסים כרוכה בהשוואה של קבוע הסריג הממוצע של סריג-על למשך תקופה אחת לקבוע הסריג של המצע. באופן כללי, עומס המתיחה ב-InAs מפוצה על ידי עומס הדחיסה המוכנס על ידי ה-InAsSb, וכתוצאה מכך נוצרת שכבת InAs עבה יותר משכבת ​​ה-InAsSb. מחקר זה מדד את מאפייני התגובה הפוטואלקטרית של גלאי הפוטואלקטרי של מפולת השדים, כולל תגובה ספקטרלית, זרם חשוך, רעש וכו', ואימת את יעילות תכנון שכבת הגרדיאנט המדורגת. מנותחת אפקט הכפל של גלאי הפוטואלקטרי של מפולת השדים, ונידונה הקשר בין גורם הכפל לבין עוצמת האור הפוגע, הטמפרטורה ופרמטרים אחרים.

איור (א) תרשים סכמטי של גלאי פוטו-אדום APD ארוכי גלים InAs/InAsSb; (ב) תרשים סכמטי של שדות חשמליים בכל שכבה של גלאי הפוטו-אדום APD.