【摘要】：長(zhǎng)波(8-12μm)紅外探測(cè)器在民用和軍事領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用,尤其是用于紅外吊艙、導(dǎo)彈制導(dǎo)等重大裝備的紅外探測(cè)器已經(jīng)被列為國(guó)際戰(zhàn)略資源,受到嚴(yán)格管控。新一代的紅外探測(cè)器需要具備高探測(cè)率、多色、多波段、大面陣、更小體積的特點(diǎn)。近年來(lái),銻化物超晶格逐漸成為紅外探測(cè)材料,特別是長(zhǎng)波紅外波段研究的焦點(diǎn),其中,In As/GaSb Ⅱ類(lèi)超晶格材料具有帶隙可調(diào)、電子有效質(zhì)量大、均勻性好等優(yōu)點(diǎn),其長(zhǎng)波紅外探測(cè)器在高溫、均勻性方面逐漸超越HgCdTe探測(cè)器。最近幾年,Ga-free(In As/In AsSb)型超晶格紅外材料進(jìn)入人們視野,相比于In As/GaSb超晶格,Ga-free(In As/In AsSb)超晶格材料中不含Ga元素,避免了在禁帶中引入與Ga有關(guān)的缺陷能級(jí),提高了超晶格的少子壽命,降低了Shockley-Read-Hall(SRH)機(jī)制引起的產(chǎn)生-復(fù)合(GR)暗電流,有效提高了紅外探測(cè)器性能。本論文一方面致力于分子束外延技術(shù)制備高質(zhì)量的Sb化物長(zhǎng)波紅外超晶格材料,另一方面制備出高量子效率、高R_0A的In As/In AsSb以及大面積均勻的In As/GaSb超晶格長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。采用分子束外延技術(shù)在GaSb襯底上生長(zhǎng)PIN結(jié)構(gòu)In As/In AsSb超晶格長(zhǎng)波紅外材料,研究了生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率、V/ⅡI束流比以及快門(mén)開(kāi)關(guān)順序?qū)w質(zhì)量、微觀形貌的影響;使用Sb元素浸潤(rùn)法優(yōu)化了超晶格界面,成功制備出高質(zhì)量的28ML In As/7ML In AsSb長(zhǎng)周期長(zhǎng)波紅外超晶格材料。材料表面平整,無(wú)缺陷點(diǎn)出現(xiàn),20×20μm~2范圍內(nèi)材料表面均方根(RMS)粗糙度約1.3?,XRD顯示超過(guò)5級(jí)的衛(wèi)星峰,一級(jí)衛(wèi)星峰半峰寬(FWHM)約80arcsec。通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件以及襯底加熱器參數(shù),在4英寸GaSb襯底上制備了長(zhǎng)波紅外12ML In As/7ML GaSb超晶格材料,XRD顯示超過(guò)6級(jí)衛(wèi)星峰,一級(jí)峰FWHM約50 arcsec;中心到邊緣處的XRD衛(wèi)星峰位置一致,RMS粗糙度幾乎無(wú)變化,約1.2?,說(shuō)明In As/GaSb超晶格材料大面積生長(zhǎng)的良好均勻性。采用ICP刻蝕、鈍化等工藝,制作了In As/In AsSb超晶格PIN型長(zhǎng)波紅外單元探測(cè)器,有源區(qū)厚度為2μm。光譜響應(yīng)曲線顯示50%截止波長(zhǎng)為8μm,量子效率為7%,-50m V偏壓下暗電流為0.01A,零偏阻抗-面積乘積(R_0A)為0.07Ω.cm~2,探測(cè)率為4.61×109 cm.Hz1/2/W。制作了In As/GaSb PπMN型長(zhǎng)波紅外單元探測(cè)器,光譜響應(yīng)曲線顯示50%截止波長(zhǎng)為10μm,峰值量子效率為32%,響應(yīng)率為2.7A/W零偏阻抗-面積乘積(R_0A)為0.2Ω.cm~2,峰值的黑體探測(cè)率為8.77×1010cm.Hz1/2/W。
【圖文】：

天、天文觀測(cè)、環(huán)境檢測(cè)資源開(kāi)發(fā)等諸多領(lǐng)域有著十分廣泛和重要的應(yīng)這個(gè)波段包含信息眾多，能夠提供云層結(jié)構(gòu)以及大氣層溫度分布等關(guān)鍵些信息對(duì)于其他光學(xué)波段具有很大的參考意義。紅外探測(cè)器是紅外整機(jī)系統(tǒng)的心臟，它把入射的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為其的能量[6.7]，在光電子技術(shù)領(lǐng)域，凡是能把光輻射轉(zhuǎn)換成另一種可以測(cè)量量的器件，統(tǒng)稱為光探測(cè)器，光電探測(cè)器能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，狀態(tài)下，光電探測(cè)器應(yīng)該在工作波長(zhǎng)處具有高靈敏度、高響應(yīng)速度、低噪尺寸、低電壓及高可靠性。紅外技術(shù)的發(fā)展總與紅外探測(cè)器的性能優(yōu)化關(guān)，伴隨著半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)和工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，紅外技術(shù)也取得了進(jìn)步，多種高靈敏紅外探測(cè)器如：銻化銦 InSb、碲鎘汞 HgCdTe 紅外探繼出現(xiàn)。國(guó)際上將紅外探測(cè)器的發(fā)展分為三個(gè)階段。目前，紅外探測(cè)器入以大規(guī)模、大面陣、高分辨率、多波段、多色、小型化為特征的第三面探測(cè)器[8.9.]。，如圖 1.2 所示為紅外探測(cè)器的發(fā)展歷程[10]

第 1 章 緒 論材料的均勻性好且有成熟的 III-V 族化合物半導(dǎo)體工藝。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以通增加勢(shì)壘有效降低暗電流[23,24]當(dāng)超晶格中一種材料的禁帶能級(jí)完全包含在另種禁帶能級(jí)時(shí)，稱這類(lèi)超晶格為 I 類(lèi)超晶格。當(dāng)兩種材料的禁帶能級(jí)互相不完包含是，則稱為 II 類(lèi)超晶格[25]。在 III-V 族半導(dǎo)體材料體系中，晶格常數(shù)非常接近 6.1 的材料體系成為 6 材料家族[26,27]。6.1 家族在半導(dǎo)體領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，，一般包括 In（a=6.0583 ），InSb（a=6.497 ），GaSb（a=6.0959 ），AlSb（a=601355 ）種半導(dǎo)體材料，其中晶格失配最大為 0.7%，可以形成不同組合的多種能帶排結(jié)構(gòu)，在材料外延上的制備相對(duì)簡(jiǎn)單，為電子和空穴能帶的調(diào)制提供了選擇在近幾年GaSb襯底的制備技術(shù)以及分子束外延系統(tǒng)的發(fā)展技術(shù)逐漸成熟且廣應(yīng)用，使得生長(zhǎng)銻化物的技術(shù)越來(lái)越成熟。如圖 1.3（a）不同的化合物半導(dǎo)體料的晶格常數(shù)以及禁帶寬度（b）展示了四種材料的禁帶位置。從圖中可以看出三種材料的禁帶寬度從 0.41eV 到 1.7eV,適合設(shè)計(jì)短波和中波紅外探測(cè)器。
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2628511