أحدث الأبحاث حول كاشف الانهيارات الجليدية الضوئي

أحدث الأبحاث فيكاشف ضوئي للانهيارات الجليدية

تُستخدم تقنية الكشف بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في الاستطلاع العسكري، ومراقبة البيئة، والتشخيص الطبي، وغيرها من المجالات. تعاني كاشفات الأشعة تحت الحمراء التقليدية من بعض القيود في الأداء، مثل حساسية الكشف وسرعة الاستجابة، وغيرها. تتميز مواد الشبكة الفائقة من الفئة الثانية (T2SL) من InAs/InAsSb بخصائص كهروضوئية ممتازة وقابلية ضبط ممتازة، مما يجعلها مثالية لكاشفات الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (LWIR). لطالما كانت مشكلة ضعف الاستجابة في الكشف بالأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة مصدر قلق، مما يحدّ بشكل كبير من موثوقية تطبيقات الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من أن كاشف الانهيارات الثلجية الضوئي (كاشف ضوئي APD) لديه أداء استجابة ممتاز، ويعاني من تيار مظلم مرتفع أثناء الضرب.

لحل هذه المشكلات، نجح فريق من جامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية في الصين في تصميم ثنائي ضوئي عالي الأداء من الفئة الثانية (T2SL) طويل الموجة للأشعة تحت الحمراء الانهيارية (APD). استخدم الباحثون معدل إعادة تركيب البرغي المنخفض لطبقة امتصاص InAs/InAsSb T2SL لتقليل التيار المظلم. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام AlAsSb بقيمة k منخفضة كطبقة مضاعفة لقمع ضوضاء الجهاز مع الحفاظ على مكسب كافٍ. يوفر هذا التصميم حلاً واعدًا لتعزيز تطوير تقنية الكشف عن الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة. يعتمد الكاشف تصميمًا متدرجًا، ومن خلال ضبط نسبة تكوين InAs وInAsSb، يتم تحقيق انتقال سلس لهيكل النطاق، وتحسين أداء الكاشف. فيما يتعلق باختيار المواد وعملية التحضير، تصف هذه الدراسة بالتفصيل طريقة النمو ومعايير عملية مادة InAs/InAsSb T2SL المستخدمة في تحضير الكاشف. يُعد تحديد تركيب وسمك طبقة InAs/InAsSb T2SL أمرًا بالغ الأهمية، ويتطلب تعديل المعاملات تحقيق توازن الإجهاد. في سياق الكشف بالأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة، وللحصول على نفس طول الموجة القطعية لطبقة InAs/GaSb T2SL، يلزم استخدام طبقة أحادية أكثر سمكًا لطبقة InAs/InAsSb T2SL. ومع ذلك، فإن زيادة سمك الطبقة الأحادية يؤدي إلى انخفاض معامل الامتصاص في اتجاه النمو وزيادة الكتلة الفعالة للثقوب في طبقة T2SL. وقد وُجد أن إضافة مكون Sb يمكن أن يحقق طول موجة قطعية أطول دون زيادة كبيرة في سمك الطبقة الأحادية. ومع ذلك، قد يؤدي الإفراط في تركيب Sb إلى فصل عناصر Sb.

لذلك، تم اختيار InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL مع المجموعة Sb 0.5 كطبقة نشطة لـ APDكاشف ضوئيينمو InAs/InAsSb T2SL بشكل أساسي على ركائز GaSb، لذا يجب مراعاة دور GaSb في إدارة الإجهاد. يتضمن تحقيق توازن الإجهاد، في جوهره، مقارنة متوسط ​​ثابت الشبكة للشبكة الفائقة لفترة واحدة بثابت الشبكة للركيزة. بشكل عام، يتم تعويض إجهاد الشد في InAs بواسطة إجهاد الضغط الذي يُدخله InAsSb، مما ينتج عنه طبقة InAs أكثر سمكًا من طبقة InAsSb. قامت هذه الدراسة بقياس خصائص الاستجابة الكهروضوئية لكاشف الانهيار الضوئي، بما في ذلك الاستجابة الطيفية والتيار المظلم والضوضاء وما إلى ذلك، وتحققت من فعالية تصميم طبقة التدرج المتدرج. تم تحليل تأثير مضاعفة الانهيار الضوئي لكاشف الانهيار الضوئي، ومناقشة العلاقة بين عامل الضرب وقوة الضوء الساقط ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى.

الشكل (أ) مخطط تخطيطي لكاشف الضوء APD بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة InAs/InAsSb؛ (ب) مخطط تخطيطي للمجالات الكهربائية في كل طبقة من كاشف الضوء APD.