锑化物Ⅱ类超晶格中远红外探测器的研究进展
发布时间：2021-06-26 06:41
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。
【文章来源】：激光技术. 2020,44(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
锑化物及常见半导体材料的晶格常数和禁带宽度[3]
除了晶格常数相近,6.1? Ⅲ-V族半导体材料还具有独特的能带结构,即不同的材料带隙差异极大,且导带和价带的位置错落交替,如InSb禁带完全包含于AlSb之中,而GaSb的价带则比InAs导带还高,如图2所示。由此通过不同的材料相互组合可以形成多样的Ⅰ类(如AlSb/GaSb等)和Ⅱ类(如InAs/AlSb等禁带错位型和InAs/GaSb等禁带错开型)能带结构,为锑化物超晶格开展能带工程设计提供了丰富的操作空间[5]。2 锑化物T2SL
将构成Ⅰ类和Ⅱ类能带结构的锑化物薄膜材料交替生长即可形成Ⅰ类和Ⅱ类两种超晶格结构。其中以InAs/GaSb为代表的禁带错开型T2SL中InAs层的导带低于GaSb层的价带,因此该结构的电子主要集中在InAs层,空穴主要集中在GaSb层,由此实现了电子和空穴的物理隔离,从而使其表现出许多独特的性质[6]。与体材料不同,由于T2SL的各层厚度(亚纳米至几纳米)小于该材料中电子的德布罗意波长(几十纳米),相邻薄层中的电子(空穴)波函数将发生重叠,从而使各层中原本分立的能级相互作用形成微带(第一导带E1、第一重空穴带(heavy hole,HH)HH1、第一轻空穴带(light hole,LH)LH1等)。锑化物T2SL红外探测器即利用电子在微带间跃迁来实现对红外入射光的探测,如图3所示[7]。对任何利用电子跃迁原理工作的光子型探测器而言,随着工作温度的升高,最终的性能极限都将受限于其中载流子的俄歇复合。而基于禁带错开型锑化物T2SL的红外探测器由于理论上实现了电子和空穴的物理隔离,这样可以极大地抑制俄歇复合,降低与之相关的暗电流,提高工作温度,突破HgCdTe红外探测器所能达到的性能极限,使其具有超越HgCdTe探测器性能的潜力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Very long wavelength infrared focal plane arrays with 50% cutoff wavelength based on type-Ⅱ In As/GaSb superlattice[J]. 韩玺,向伟,郝宏玥,蒋洞微,孙姚耀,王国伟,徐应强,牛智川. Chinese Physics B. 2017(01)
[2]新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战[J]. 王国伟,徐应强,牛智川. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[3]InAs/GaSb Ⅱ型超晶格红外探测器的研究进展[J]. 宋淑芳,巩锋,周立庆. 激光与红外. 2014(02)
[4]锑基Ⅱ类超晶格红外探测器——第三代红外探测器的最佳选择[J]. 史衍丽. 红外技术. 2011(11)
[5]锑化物超晶格红外探测器的研究进展[J]. 李彦波,刘超,张杨,赵杰,曾一平. 固体电子学研究与进展. 2010(01)
[6]锑化物半导体材料与器件应用研究进展[J]. 刘超,曾一平. 半导体技术. 2009(06)
本文编号：3250837
【文章来源】：激光技术. 2020,44(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
锑化物及常见半导体材料的晶格常数和禁带宽度[3]
除了晶格常数相近,6.1? Ⅲ-V族半导体材料还具有独特的能带结构,即不同的材料带隙差异极大,且导带和价带的位置错落交替,如InSb禁带完全包含于AlSb之中,而GaSb的价带则比InAs导带还高,如图2所示。由此通过不同的材料相互组合可以形成多样的Ⅰ类(如AlSb/GaSb等)和Ⅱ类(如InAs/AlSb等禁带错位型和InAs/GaSb等禁带错开型)能带结构,为锑化物超晶格开展能带工程设计提供了丰富的操作空间[5]。2 锑化物T2SL
将构成Ⅰ类和Ⅱ类能带结构的锑化物薄膜材料交替生长即可形成Ⅰ类和Ⅱ类两种超晶格结构。其中以InAs/GaSb为代表的禁带错开型T2SL中InAs层的导带低于GaSb层的价带,因此该结构的电子主要集中在InAs层,空穴主要集中在GaSb层,由此实现了电子和空穴的物理隔离,从而使其表现出许多独特的性质[6]。与体材料不同,由于T2SL的各层厚度(亚纳米至几纳米)小于该材料中电子的德布罗意波长(几十纳米),相邻薄层中的电子(空穴)波函数将发生重叠,从而使各层中原本分立的能级相互作用形成微带(第一导带E1、第一重空穴带(heavy hole,HH)HH1、第一轻空穴带(light hole,LH)LH1等)。锑化物T2SL红外探测器即利用电子在微带间跃迁来实现对红外入射光的探测,如图3所示[7]。对任何利用电子跃迁原理工作的光子型探测器而言,随着工作温度的升高,最终的性能极限都将受限于其中载流子的俄歇复合。而基于禁带错开型锑化物T2SL的红外探测器由于理论上实现了电子和空穴的物理隔离,这样可以极大地抑制俄歇复合,降低与之相关的暗电流,提高工作温度,突破HgCdTe红外探测器所能达到的性能极限,使其具有超越HgCdTe探测器性能的潜力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Very long wavelength infrared focal plane arrays with 50% cutoff wavelength based on type-Ⅱ In As/GaSb superlattice[J]. 韩玺,向伟,郝宏玥,蒋洞微,孙姚耀,王国伟,徐应强,牛智川. Chinese Physics B. 2017(01)
[2]新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战[J]. 王国伟,徐应强,牛智川. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[3]InAs/GaSb Ⅱ型超晶格红外探测器的研究进展[J]. 宋淑芳,巩锋,周立庆. 激光与红外. 2014(02)
[4]锑基Ⅱ类超晶格红外探测器——第三代红外探测器的最佳选择[J]. 史衍丽. 红外技术. 2011(11)
[5]锑化物超晶格红外探测器的研究进展[J]. 李彦波,刘超,张杨,赵杰,曾一平. 固体电子学研究与进展. 2010(01)
[6]锑化物半导体材料与器件应用研究进展[J]. 刘超,曾一平. 半导体技术. 2009(06)
本文编号：3250837
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