أحدث الأبحاث للكاشف الضوئي للانهيار الجليدي

أحدث الأبحاث لكاشف ضوئي الانهيار الجليدي

تستخدم تكنولوجيا الكشف بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في الاستطلاع العسكري والرصد البيئي والتشخيص الطبي وغيرها من المجالات. أجهزة الكشف التقليدية بالأشعة تحت الحمراء لديها بعض القيود في الأداء، مثل حساسية الكشف وسرعة الاستجابة وما إلى ذلك. تتمتع مواد الشبكة الفائقة InAs/InAsSb Class II (T2SL) بخصائص كهروضوئية ممتازة وقابلية ضبط، مما يجعلها مثالية لكاشفات الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (LWIR). لقد كانت مشكلة الاستجابة الضعيفة في الكشف عن الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة مصدر قلق لفترة طويلة، مما يحد بشكل كبير من موثوقية تطبيقات الأجهزة الإلكترونية. على الرغم من الكاشف الضوئي الانهيار (كاشف ضوئي APD) يتمتع بأداء استجابة ممتاز، فهو يعاني من تيار مظلم عالي أثناء الضرب.

ولحل هذه المشكلات، نجح فريق من جامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية في الصين في تصميم شبكة فائقة الأداء من الدرجة الثانية (T2SL) للثنائي الضوئي الانهياري بالأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (APD). استخدم الباحثون معدل إعادة التركيب المنخفض للطبقة الممتصة InAs/InAsSb T2SL لتقليل التيار المظلم. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام AlAsSb ذو القيمة k المنخفضة كطبقة مضاعفة لقمع ضوضاء الجهاز مع الحفاظ على كسب كافٍ. يوفر هذا التصميم حلاً واعدًا لتعزيز تطوير تقنية الكشف بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة. يعتمد الكاشف تصميمًا متدرجًا، ومن خلال ضبط نسبة تكوين InAs وInAsSb، يتم تحقيق الانتقال السلس لهيكل النطاق، ويتم تحسين أداء الكاشف. فيما يتعلق باختيار المواد وعملية إعدادها، تصف هذه الدراسة بالتفصيل طريقة النمو ومعلمات العملية الخاصة بمواد InAs/InAsSb T2SL المستخدمة لإعداد الكاشف. يعد تحديد تكوين وسمك InAs/InAsSb T2SL أمرًا بالغ الأهمية ويلزم تعديل المعلمة لتحقيق توازن الضغط. في سياق الكشف عن الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة، لتحقيق نفس الطول الموجي المقطوع مثل InAs/GaSb T2SL، يلزم وجود فترة واحدة أكثر سمكًا من InAs/InAsSb T2SL. ومع ذلك، تؤدي الدورة الأحادية الأكثر سمكًا إلى انخفاض في معامل الامتصاص في اتجاه النمو وزيادة في الكتلة الفعالة للثقوب في T2SL. لقد وجد أن إضافة مكون Sb يمكن أن يحقق طولًا موجيًا أطول للقطع دون زيادة كبيرة في سمك الفترة المفردة. ومع ذلك، قد يؤدي تكوين Sb المفرط إلى فصل عناصر Sb.

لذلك، تم اختيار InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL مع مجموعة Sb 0.5 لتكون الطبقة النشطة لـ APDphotodetector. ينمو InAs/InAsSb T2SL بشكل أساسي على ركائز GaSb، لذلك يجب أخذ دور GaSb في إدارة السلالة بعين الاعتبار. بشكل أساسي، يتضمن تحقيق توازن السلالة مقارنة متوسط ​​ثابت الشبكة للشبكة الفائقة لفترة واحدة مع ثابت الشبكة للركيزة. بشكل عام، يتم تعويض إجهاد الشد في InAs عن طريق إجهاد الضغط الذي أدخلته InAsSb، مما يؤدي إلى طبقة InAs أكثر سمكًا من طبقة InAsSb. قامت هذه الدراسة بقياس خصائص الاستجابة الكهروضوئية للكاشف الضوئي للانهيار الجليدي، بما في ذلك الاستجابة الطيفية والتيار المظلم والضوضاء وما إلى ذلك، والتحقق من فعالية تصميم الطبقة المتدرجة. يتم تحليل تأثير تضاعف الانهيار الجليدي للكاشف الضوئي للانهيار الجليدي، وتتم مناقشة العلاقة بين عامل الضرب وقوة الضوء الساقط ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى.

تين. (أ) رسم تخطيطي للكاشف الضوئي APD بالأشعة تحت الحمراء طويل الموجة InAs/InAsSb؛ (ب) رسم تخطيطي للمجالات الكهربائية في كل طبقة من كاشف ضوئي APD.