InAs/GaSb超晶格红外探测器研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffreykao95
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近年来,红外探测器在民用和军用上的运用日趋广泛。特别是InAs/GaSbⅡ类超晶格材料,由于其能带结构的独特性,在长波红外(LWIR)、超长波红外(VLWIR)波段有着极好的应用前景,再加上其量子效率高,俄歇复合几率低,较小的暗电流及较高的工作温度,将成为第三代红外探测器的优选材料。  本文研究了InAs/GaSb超晶格红外探测器的材料特性、探测原理,并对器件的能级进行了仿真模拟,利用材料分析技术对外延片进行了测试,经过完整的工艺流程制成了红外探测器件,最后对器件进行了黑体测试。由于InAs/GaSb器件的台阶侧面氧化会造成漏电,降低黑体探测率,所以测试后又尝试对一些工艺步骤、器件结构进行了改进。本文的主要工作包括:  1、对比了InAs/GaSb探测器、碲镉汞探测器和常规量子阱红外探测器(QWIP)的工作原理与应用,分析并总结了各种探测器的优缺点,讨论了InAs/GaSb的材料特性及能带结构,着重分析了其探测机制及影响器件性能的因素。  2、使用传输矩阵法和图解法对InAs/GaSb红外探测器的子能带进行了仿真模拟,根据已知结构计算出电子和空穴的最低能级,从而计算出该结构的响应波长,并对两种计算方法的精确度进行了比较,分析其原因。  3、分析了红外探测器的主要性能参数,包括响应度、响应波长、噪声、探测率等及其各自的影响因素,总结了材料测试方法,为后续测试红外探测器的光电性能提供依据。  4、针对现有的外延材料,采用紫外-可见-红外分光光度计和傅里叶红外光谱仪(FTIR),分别测试了材料的反射谱、透射谱及红外光谱,为正确评估材料性能,器件特性提供实验指导。  5、总结并完善了InAs/GaSb超晶格材料探测器工艺技术,主要包括:针对InAs/GaSb材料与HF酸发生反应且材料熔点低的问题,优化了材料的刻蚀方式、光刻工艺、SiO2的生长温度及合金温度等工艺条件,设计了工艺流程并成功流片。  6、采用了一种新的器件工艺结构,有效降低了台阶侧面氧化带来漏电流的不良影响。  7、成功制备了InAs/GaSb超晶格红外探测器,并对器件进行了低温的Ⅳ特性、光电响应特性和光谱响应特性的测试,得到器件的黑体探测率D*BB,达到1.4*1010cmHz1/2W-1器件的响应波长为4um,对比分析了测量结果与传输矩阵法模拟结果,有所偏差的原因。
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