【摘要】：長波(8-12μm)紅外探測器在民用和軍事領(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器已經(jīng)被列為國際戰(zhàn)略資源,受到嚴格管控。新一代的紅外探測器需要具備高探測率、多色、多波段、大面陣、更小體積的特點。近年來,銻化物超晶格逐漸成為紅外探測材料,特別是長波紅外波段研究的焦點,其中,In As/GaSb Ⅱ類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,其長波紅外探測器在高溫、均勻性方面逐漸超越HgCdTe探測器。最近幾年,Ga-free(In As/In AsSb)型超晶格紅外材料進入人們視野,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,提高了超晶格的少子壽命,降低了Shockley-Read-Hall(SRH)機制引起的產(chǎn)生-復(fù)合(GR)暗電流,有效提高了紅外探測器性能。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超晶格長波紅外探測器。采用分子束外延技術(shù)在GaSb襯底上生長PIN結(jié)構(gòu)In As/In AsSb超晶格長波紅外材料,研究了生長溫度、生長速率、V/ⅡI束流比以及快門開關(guān)順序?qū)w質(zhì)量、微觀形貌的影響;使用Sb元素浸潤法優(yōu)化了超晶格界面,成功制備出高質(zhì)量的28ML In As/7ML In AsSb長周期長波紅外超晶格材料。材料表面平整,無缺陷點出現(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5級的衛(wèi)星峰,一級衛(wèi)星峰半峰寬(FWHM)約80arcsec。通過優(yōu)化生長條件以及襯底加熱器參數(shù),在4英寸GaSb襯底上制備了長波紅外12ML In As/7ML GaSb超晶格材料,XRD顯示超過6級衛(wèi)星峰,一級峰FWHM約50 arcsec;中心到邊緣處的XRD衛(wèi)星峰位置一致,RMS粗糙度幾乎無變化,約1.2?,說明In As/GaSb超晶格材料大面積生長的良好均勻性。采用ICP刻蝕、鈍化等工藝,制作了In As/In AsSb超晶格PIN型長波紅外單元探測器,有源區(qū)厚度為2μm。光譜響應(yīng)曲線顯示50%截止波長為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,探測率為4.61×109 cm.Hz1/2/W。制作了In As/GaSb PπMN型長波紅外單元探測器,光譜響應(yīng)曲線顯示50%截止波長為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,峰值的黑體探測率為8.77×1010cm.Hz1/2/W。
【圖文】：

天、天文觀測、環(huán)境檢測資源開發(fā)等諸多領(lǐng)域有著十分廣泛和重要的應(yīng)這個波段包含信息眾多，能夠提供云層結(jié)構(gòu)以及大氣層溫度分布等關(guān)鍵些信息對于其他光學波段具有很大的參考意義。紅外探測器是紅外整機系統(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)換成另一種可以測量量的器件，統(tǒng)稱為光探測器，光電探測器能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化成電信號，狀態(tài)下，光電探測器應(yīng)該在工作波長處具有高靈敏度、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)展總與紅外探測器的性能優(yōu)化關(guān)，伴隨著半導(dǎo)體材料生長和工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，紅外技術(shù)也取得了進步，多種高靈敏紅外探測器如：銻化銦 InSb、碲鎘汞 HgCdTe 紅外探繼出現(xiàn)。國際上將紅外探測器的發(fā)展分為三個階段。目前，紅外探測器入以大規(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器[8.9.]。，如圖 1.2 所示為紅外探測器的發(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)計中可以通增加勢壘有效降低暗電流[23,24]當超晶格中一種材料的禁帶能級完全包含在另種禁帶能級時，稱這類超晶格為 I 類超晶格。當兩種材料的禁帶能級互相不完包含是，則稱為 II 類超晶格[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簡單，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，使得生長銻化物的技術(shù)越來越成熟。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)計短波和中波紅外探測器。
【學位授予單位】：云南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN215

【參考文獻】

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1 王國偉;徐應(yīng)強;牛智川;;新型低維結(jié)構(gòu)銻化物紅外探測器的研究與挑戰(zhàn)[J];中國科學:物理學 力學 天文學;2014年04期

2 解曉輝;廖清君;楊勇斌;馬偉平;邢雯;陳昱;周誠;胡曉寧;;HgCdTe甚長波紅外光伏器件的光電性能[J];紅外與激光工程;2013年05期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 郝國強;InGaAs紅外探測器器件與物理研究[D];中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2006年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

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2 梁麗娟;PIN結(jié)構(gòu)InAs/GaSb超晶格的MBE生長與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

本文編號：2628511