勢壘型InAs-InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器研究進(jìn)展(特邀)

勢壘型InAs-InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器研究進(jìn)展(特邀)勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器研究進(jìn)展(特邀)

摘要：勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器是一種應(yīng)用于紅外成像以及紅外光譜儀等領(lǐng)域的光電傳感器。本文對勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。首先，介紹了InAs/InAsSbⅡ類超晶格的基本結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)特性。然后，闡述了勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的工作原理。接著，總結(jié)了近年來在材料生長、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化等方面的研究進(jìn)展。最后，對未來勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格，紅外探測器，生長技術(shù)，器件結(jié)構(gòu)，性能優(yōu)化

引言

紅外探測技術(shù)在軍事、安防、工業(yè)監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域起著重要作用。隨著紅外探測技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究者們關(guān)注于提高紅外探測器的靈敏度、響應(yīng)速度和工作溫度等性能指標(biāo)。勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器由于其具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能，在紅外探測領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。

1.InAs/InAsSbⅡ類超晶格的基本結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)特性

InAs/InAsSbⅡ類超晶格由InAs和InAsSb兩種材料的周期性堆疊組成。InAs是一種廣泛應(yīng)用于紅外探測器領(lǐng)域的半導(dǎo)體材料，而InAsSb是一種銻化物化合物半導(dǎo)體，通過在InAs基底上引入少量的銻原子進(jìn)行調(diào)控。勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格的電子能帶結(jié)構(gòu)特性主要體現(xiàn)在帶隙、能帶邊沿、質(zhì)量相對論效應(yīng)等方面。由于在超晶格結(jié)構(gòu)中引入了InAs和InAsSb兩種材料的周期性堆疊，使得電子在二者之間發(fā)生躍遷時(shí)，會產(chǎn)生更大的能隙，從而能夠有效提高探測器的寬帶響應(yīng)能力。此外，勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格還可以通過調(diào)控材料的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對帶隙的調(diào)節(jié)，使得其能夠適應(yīng)不同波段的紅外光信號探測。

2.勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的工作原理

勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的工作原理與傳統(tǒng)HgCdTe紅外探測器相似。當(dāng)紅外光照射到勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格探測器上時(shí)，光子被吸收并轉(zhuǎn)化為電子-空穴對。電子和空穴被電場分離，電子從吸收層運(yùn)動到輸出電極，從而產(chǎn)生電流信號。這樣，我們就可以測量和分析產(chǎn)生的電流信號來獲得被探測紅外光的相關(guān)信息。

3.材料生長、器件結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化的研究進(jìn)展

近年來，勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器在材料生長、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及性能優(yōu)化方面取得了許多重要進(jìn)展。

首先，在材料生長方面，研究者們通過分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積等方法，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量InAs/InAsSbⅡ類超晶格的生長。改進(jìn)的生長技術(shù)使得超晶格結(jié)構(gòu)的缺陷密度得到了有效控制，提高了紅外探測器的性能。

其次，在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，研究者們通過優(yōu)化超晶格層厚度、引入加權(quán)層、設(shè)計(jì)摻雜等方法，進(jìn)一步提高了探測器的性能。特別是引入加權(quán)層，不僅可以調(diào)節(jié)帶隙，還可以改善載流子捕獲和傳輸效率，提高探測器的響應(yīng)速度。

最后，在性能優(yōu)化方面，研究者們通過優(yōu)化工作溫度以及改善探測器的噪聲等方面，進(jìn)一步提高探測器的性能。特別是通過減小探測器的漏電流、降低暗電流噪聲，使得探測器的信號噪聲比得到了有效提高。

4.勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器的發(fā)展趨勢

勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器在紅外探測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著材料生長技術(shù)和器件加工工藝的不斷發(fā)展，超晶格的質(zhì)量和探測器性能將進(jìn)一步提高。此外，還有一些新的研究方向和挑戰(zhàn)，如增強(qiáng)量子效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)多色探測、提高響應(yīng)速度等，需要進(jìn)一步深入研究。

結(jié)論

勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器作為一種新型的紅外光電傳感器，具有優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用前景。近年來，研究者們通過優(yōu)化生長技術(shù)、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及性能優(yōu)化等方面的研究，取得了顯著的進(jìn)展。未來的研究將進(jìn)一步探索超晶格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和新材料的引入，以提高探測器的性能，并探索更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

總的來說，勢壘型InAs/InAsSbⅡ類超晶格紅外探測器具有出色的性能和廣闊的應(yīng)用前景。通過優(yōu)化生長技術(shù)、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化等方面的研究，已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。未來的研究將進(jìn)一步優(yōu)化超晶格結(jié)構(gòu)和引入新材料，以提