Hoogpresterende anodisch gevulcaniseerde, gate-voorbehandelde P⁺–π–M⁺ InAs/GaSb superrooster voor langgolvige infrarooddetectie

Samenvatting

De InAs/GaSb superrooster-infrarooddetector is met enorme inspanning ontwikkeld. De prestaties ervan, met name die van langgolvige infrarooddetectors (LWIR), worden nog steeds beperkt door de elektrische prestaties en de optische kwantumefficiëntie (QE). Het dwingen van het actieve gebied om p-type te zijn door geschikte doping kan de QE aanzienlijk verbeteren, en de gating-techniek kan worden ingezet om de elektrische prestaties sterk te verbeteren. De verzadigingsspanning is echter te hoog. Het verlagen van de verzadigingsspanning biedt brede perspectieven voor de toekomstige toepassing van gate-spanningsbestuurde apparaten. In dit artikel rapporteren we dat de gegate P⁺–π–M–N⁺ InAs/GaSb superrooster LWIR-detectors met verschillende π-gebied-dopingsniveaus een verlaagde minimale verzadigingsspanning van −10 V vertonen met een 200-nm SiO₂-laag na een eenvoudige en effectieve anodische vulcanisatie-voorbehandeling. De verzadigingsspanning van de gate is veel lager dan de −40 V die gerapporteerd werd met dezelfde dikte van een 200-nm SiO₂-passivatielaag en een vergelijkbare structuur. Optische en elektrische karakterisatie wijst erop dat de elektrische en optische prestaties van het apparaat worden verzwakt door een overmatige dopingsconcentratie. Bij 77 K bedraagt de 50%-afsnijgolflengte van het apparaat ongeveer 8 µm, de 100%-afsnijgolflengte 10 µm, de maximale kwantumefficiëntie 62,4%, de maximale responsiviteit 2,26 A/W bij 5 µm, en de maximale RA van het apparaat 1259,4 Ω cm². Bovendien vertoont de specifieke detectiviteit van de Be 780 °C-gedopte detector zonder gate-elektrode een piek van 5,6 × 10¹⁰ cm Hz^1/2/W bij 5 µm met een 70-mV omgekeerde biasspanning, wat meer dan drie keer zo hoog is als die van de Be 820 °C-gedopte detector. Verder kan de piek specifieke detectiviteit worden verhoogd tot 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2/W bij 5 µm met een 10-mV reserve biasspanning die een bias van −10 V heeft aan de gate-elektrode.

Inleiding

Type-II gespannen-laag superroosters (T2SLs) zijn steeds meer de focus van huidig onderzoek sinds Sai-Halasz et al. [1] het concept voorstelden. Hoogpresterende infrarooddetectors kunnen worden gegenereerd door het bandstructuur en de spanning van T2SLs zorgvuldig te ontwerpen [2]. InAs/GaSb superrooster, een goed bestudeerd lid van T2SLs, is een uitstekend materiaalsysteem met brede perspectieven in de infrarooddetector [3]. De InAs/GaSb superrooster-infrarooddetector is met enorme inspanning ontwikkeld. De prestaties ervan, met name die van langgolvige infrarooddetectors (LWIR), worden nog steeds beperkt door de elektrische prestaties en de optische kwantumefficiëntie (QE) [4]. De corresponderende omgevingstemperatuur (grondgebaseerd) van de LWIR-detector is ongeveer 300 K, wat correspondeert met de piekgolflengte van 9,6 µm (het centrum van het LWIR-atmosferische transmissievenster) en een breed scala aan toepassingen heeft [5]. Het wordt veel gebruikt in verschillende velden zoals gasdetectie, nachtvisie, infraroodvroegwaarschuwing, infraroodremote sensing en infraroodgeleiding, niet alleen voor militair gebruik maar ook voor het dagelijks leven. Het is uitermate betekenisvol en uitdagend om hoogpresterende langgolvige infrarooddetectors te fabriceren.

Het structurele ontwerp en de procesvoorbereiding van de detector hebben een significante impact op de prestaties van de LWIR-detector. Het vergroten van de dikte van het actieve gebied leek de meest directe en effectieve manier om de QE te verbeteren. Echter, meer valstroppen worden geïntroduceerd samen met de toename van de dikte, wat leidt tot een vermindering van de elektrische kenmerken van de detector. In LWIR en zeer langgolvige infrarooddetectors (VLWIR) neigt de InAs-laag ertoe dikker te zijn dan de GaSb-laag. Daardoor is het materiaal n-type (de minderheidsladingsdragers zijn gaten). Het dwingen van het actieve gebied om p-type te zijn door geschikte doping kan de QE aanzienlijk verhogen zonder enige verandering in de gebiedsgrootte van het apparaat [6]. Echter, het is niet zo dat hoe hoger de dopingsconcentratie, hoe meer de verbetering in de apparaatprestaties. Met name de elektrische [7] en optische prestaties van het apparaat kunnen worden verzwakt door een overmatige dopingsconcentratie.

Naast het wijzigen van de dopingsconcentratie in het π-gebied, is de gating-techniek recentelijk toegepast in middengolvige infrarooddetectors (MWIR) en LWIR-detectors [8] om de apparaatprestaties te verbeteren. Echter, dit vereist een zeer hoge gate-biasspanning. De gate-bias kan worden uitgedrukt met vergelijking (1).

$$\sigma = \varepsilon \varepsilon_{0} V/d,$$ (1)

waarbij \(\varepsilon\) de relatieve dielektrische constante van de dielektrische laag aanduidt, \(\varepsilon_{0}\) de dielektrische constante van de vacuüm vertegenwoordigt, V de verzadigingsspanning van de gate is, d de dikte van de dielektrische laag is, en σ de lading dichtheid op het interface staat voor. De gate-bias is op basis van de formule met grote inspanning verzwakt; het gebruik van high-k dielektrica zoals Y₂O₃ [9] om te passiveren of het verlagen van de laagdikte [10] is effectief. Er is echter weinig onderzoek naar het verlagen van de lading dichtheid. In dit artikel wordt anodisatie voor het eerst uitgevoerd om de verzadigingsspanning aanzienlijk te verlagen. Een mengsel van NaS₂·5H₂O en ethyleenglycol wordt gebruikt als vulcanisatieoplossing. Tijdens het anodische hardenproces sluit de combinatie van zwavelatomen en losse bindingen op het oppervlak van het apparaat de geleidende kanalen op het oppervlak van het apparaat [11], verlaagt de oppervlaktehercombinatie van het apparaat, en verzwakt de oppervlaktelading dichtheid van het apparaat. Vervolgens wordt een laag dicht en uniform elementaire zwavel op het oppervlak van het apparaat verkregen. Vervolgens wordt het oppervlak van de elementaire zwavellaag bedekt met een laag van 200-nm SiO₂. De gate-elektrode wordt op de SiO₂-laag geplaatst. De verzadigingsspanning van de gate daalt naarmate de lading dichtheid op het interface afneemt.

In deze studie worden anodisch vulcanisatie-voorbehandelde LWIR P⁺–π–M–N⁺ detectors geproduceerd onder een lage verzadigingsspanning van de gate op basis van InAs/GaSb T2SLs met verschillende doping π gebieden. De resultaten wijzen erop dat het niet zo is dat hoe hoger de dopingsconcentratie, hoe meer de verbetering in de apparaatprestaties. Specifiek worden de elektrische en optische prestaties van het apparaat verzwakt door een overmatige dopingsconcentratie. Bovendien kan anodische vulcanisatie-voorbehandeling de gate-bias aanzienlijk verlagen tot −10 V, wat veel lager is dan de gerapporteerde 40 V bij dezelfde dikte van een 200-nm SiO₂-passivatielaag in een vergelijkbare structuur.

Methoden

Materialen en Structuur

De materialen worden geproduceerd door een vast-bron GEN 20 MBE-systeem op 2-inch n-type GaSb (001) substraten. In dit werk is de hoogpresterende LWIR-detector gebaseerd op de P⁺–π–M–N⁺ structuur. Een schematische weergave van de apparaten, hoogresolutie Röntgendiffractie (HRXRD) patronen, en atoomkrachtmicroscopie (AFM) is geïllustreerd in figuren 1 en 2. Figuur 1 toont dat de structuur bestaat uit een 1300-nm-dikke P⁺ GaSb buffer, gevolgd door een 500-nm-dikke 8-ML InAs/12-ML GaSb (Be: ongeveer 1 × 10¹⁸ cm⁻³) P⁺ gebied, een 2000-nm licht P-gedopte 12-ML InAs (Be: 780 °C 800 °C 820 °C)/7-ML GaSb π gebied, een 500-nm ongedopte 18-ML InAs/3-ML GaSb/5-ML AlSb/3-ML GaSb M-gebied, een 500-nm-dikke 18-ML InAs/3-ML GaSb/5-ML AlSb/3-ML GaSb (Si: ongeveer 1 × 10¹⁸ cm⁻³) N⁺ gebied, en een 30-nm N⁺ InAs Cap laag. Het toont ook de simulatie banduitlijning met de structuur. Gezien de prestaties van de P⁺–π–M–N⁺ LWIR-detector aanzienlijk worden beïnvloed door de doping van het π-gebied, bereiden we drie monsters voor met verschillende Be-dopingstemperaturen variërend van 780 tot 820 °C.

De superroosterperiodes van 59,3 Å, 58,4 Å, en 89,5 Å voor de p-contact, p-actieve regio, en M-structuurlag, met rooster mismatch van 60 boogseconden, 0 boogseconden, en 0 boogseconden, respectievelijk, worden getoond in fig. 2. De volledige breedte op half maximum voor de SLs in elk gebied is 32 boogseconden, 25 boogseconden, en 12 boogseconden, wat aangeeft dat het materiaal van hoge kwaliteit is op de interfaces.

Figuur 3 toont dat atoomsche treden verschijnen met een wortelgemiddelde kwadraat (RMS) van ruwheid van 1,87 Å over een 10 × 10 µm gebied.

Apparaatstructuur en Fabricage

Het proces is vergelijkbaar met dat in referentie [12]. Eerst wordt het wafer bedekt met SiO₂ als een hard masker. Vervolgens worden standaard lithografiestappen toegepast. Daarna openen we het hard masker met een inductief gekoppeld plasma (ICP) systeem. Vervolgens wordt de mesa verkregen met behulp van een ICP-systeem met een CH₄/Cl₂/Ar mengsel. Specifiek worden de wafers geëtst van de bovenste laag tot de P⁺ contact [12]. Daarna wordt de overgebleven SiO₂-laag verwijderd. Vervolgens dompelen we één kant van het wafer in een mengsel van natriumsulfit en ethyleenglycol en leggen vervolgens een constante stroom aan het wafer en stellen een drempelspanning in. Een zwavelaag wordt op het oppervlak van de film gevormd, en de weerstand verandert. De spanning op het wafer neemt geleidelijk toe tot de drempelspanning bereikt is, en dan is de vulcanisatie voltooid. Vervolgens wordt de elementaire zwavellaag bedekt met een laag van 200-nm SiO₂. Daarnaast wordt fotolithografie opnieuw uitgevoerd om het venster open te maken door de laag SiO₂ en elementaire zwavel als de metalen contactgebieden van de boven- en ondermetaelektroden. Bovendien wordt een andere fotolithografie uitgevoerd met twee elektrodevormen; één elektrodevorm is voor de gegate diode (GD) en de andere voor de ongegate diode (UGD). Ti (50 nm)/Pt (50 nm)/Au (300 nm) wordt gedeponeerd door elektronenstraaldepositie voor de metalen elektroden. Tot slot worden de boven-, onder- en gate-elektroden verkregen door metalen lift-off.

Figuur 4 illustreert de structuur van de GD. Zoals we weten, kan de hoek van het materiaaletsen worden aangepast door de ICP-vermogen, RF-vermogen, gasstroom en kamerdruk te veranderen. In deze studie ligt de werkelijke hellingshoek van de zijwand tussen 80 en 85 graden om het gemakkelijker te maken om gate-contact op de zijwand te depositieren. De gate-elektrode wordt op de zijwand van de SiO₂-laag geplaatst.

Figuur 5 toont dat de helft van de diodes gedeponeerd worden als GD's in de drie dies (780 °C, 800 °C en 820 °C Be-doping). Vervolgens kunnen zowel de gegate diode (GD) als ongegate diode (UGD) worden verkregen. Uiteindelijk kunnen monster A (780 °C GD), monster B (780 °C UGD), monster C (800 °C GD), monster D (800 °C UGD), monster E (820 °C GD) en monster F (820 °C UGD) worden verkregen.

Resultaten en Discussie

In infrarooddetectors wordt een specifieke detectiviteit (D*) meestal gebruikt om de detectorprestaties te karakteriseren, wat wordt berekend met vergelijking (2).

$$D^{*} = \frac{Ri}{{\sqrt {2qJ + 4\frac{kT}{{RA}}} }}$$ (2)

waarbij q de hoeveelheid elektronische lading aanduidt; K de Boltzmannconstante is; T de Kelvin-temperatuur; Ri de responsiviteit van de infrarooddetector; J de donkerstroomdichtheid van het apparaat onder een bepaalde bias; en RA het product van weerstandswaarde en die-oppervlakte. J en RA karakteriseren de elektrische prestaties van het apparaat. En Ri kan worden omgezet in QE met de formule:

$$QE = \frac{hC}{{q\lambda }}Ri$$ (3)

waarbij \(h\) de Planck-constante is, \({ }C\) de lichtsnelheid, q de hoeveelheid elektronische lading, \({ }\lambda\) de specifieke golflengte, en QE en Ri de optische prestaties van het apparaat karakteriseren. Figuur 6 toont de optische kenmerken van de monsters met verschillende π-gebied-dopingsniveaus bij 77 K. Alle monsters hebben een vergelijkbare 50%-afsnijgolflengte van 8 µm en een 100%-afsnijgolflengte van 10 µm bij 77 K. Hoewel de QE en responsiviteit van het apparaat kunnen worden verhoogd door het dopings-type van het π-gebied te veranderen naar p-type, is het niet zo dat hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de QE en responsiviteit. Echter, de QE en responsiviteit worden aanzienlijk verlaagd met de toename van de dopingsconcentratie. Voor type-II gespannen-laag superroosters (T2SLs) is de dopingstemperatuur tijdens de groei cruciaal voor de dopingsconcentratie. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de dopingsconcentratie. De QE van 780 °C bereikt zijn maximumwaarde van 62,4%, wat 1,5 keer groter is dan de QE van 820 °C. Dit is omdat te veel onzuiverheden worden geïntroduceerd met de toename van de dopingsconcentratie, wat leidt tot een afname van de overschotladingsdragerslevensduur/diffusielengte en de reductie in QE en responsiviteit [6]. Ze veroorzaken bovendien de spectroscopische rode verschuiving in fig. 6a. Figuur 6a en b wijst erop dat 780 °C de beste dopingstemperatuur van de materialen is voor optische karakterisatie, met een piekresponsiviteit van 2,26 A/W bij 5 µm en een piek-QE van 62,4%.

Figuur 7 toont de elektrische kenmerken van de UGD-monsters met verschillende π-gebied-dopingsniveaus bij 77 K. De elektrische prestaties van het apparaat zouden sterk beïnvloed worden door verschillende π-gebied-dopingsconcentraties [7]. Met de toename van het π-gebied-dopingsniveau wordt het product van weerstandswaarde en die-oppervlakte (RA) bij een bepaalde bias kleiner, en de donkerstroomdichtheid wordt corresponderend groter. Vergelijkbaar met referentie [6] bereikt RA zijn maximum bij bijna 0 V met een zachte doorbraak toenemende omgekeerde bias, wat suggereert dat het apparaat een tunnel-donkerstroommodus heeft. We bereiken een RA-maximum van 1259,4 Ω cm² met Be gedopt met 780 °C bij −200 mV dat bijna 40 keer zo hoog is als Be gedopt met 820 °C. Figuur 7b illustreert dat de donkerstroomdichtheid vergelijkbaar is in de negatieve bias in het bereik van −0,1 tot 0 V, en de donkerstroomdichtheid met Be gedopt met 780 °C is iets kleiner vergeleken met de anderen. De donkerstroom is 4,9 × 10⁻³ A/cm² voor het apparaat met Be gedopt met 780 °C bij −70 mV.

De corresponderende D* kan worden berekend door de specifieke Ri, J en RA waarden onder verschillende biasspanningen bij 77 K te nemen. Figuur 8 toont de detectiviteit van de UGD-monsters met verschillende π gebieden. Bij −30 mV is de piekdetectiviteit 5,6 × 10¹⁰ cm Hz^1/2/W bij 5 µm met Be gedopt met 780 °C, terwijl het 3,8 × 10¹⁰ cm Hz^1/2/W is met Be gedopt met 820 °C. De piekdetectiviteit van Be gedopt met 780 °C is 1,5 keer die van Be gedopt met 820 °C. Daarom is de geschikte dopingsconcentratie uitermate significant. Echter, te hoge dopingsconcentratie zou de apparaatprestaties verzwakken.

Figuur 9 toont de elektrische kenmerken van het GD-monster met Be gedopt met 760 °C bij 77 K. In tegenstelling tot gewone gate-spanningsbestuurde apparaten, wordt in deze studie anodische vulcanisatie-voorbehandeling voor het eerst uitgevoerd om de verzadigingsspanning van de gate aanzienlijk te verlagen. Bovendien wordt een mengsel van NaS₂·5H₂O en ethyleenglycol gebruikt als vulcanisatieoplossing. De anodische vulcanisatie-passivatiemethode wordt ingezet om een laag dicht en uniform elementaire zwavel op het oppervlak van het apparaat te vormen. Tijdens de electrochemische reactie combineren zwavelatomen met de losse bindingen op het oppervlak van het apparaat, wat bijdraagt tot het sluiten van de elektronische kanalen gegenereerd door de oppervlakte losse bindingen en het isoleren van het apparaat oppervlakte elektronen-gaten hercombinatie mechanisme [11]. Vervolgens wordt het oppervlak van de elementaire zwavellaag bedekt met een beschermlaag van 200-nm SiO₂, en de gate-elektrode wordt op de zijwand van de SiO₂-laag geplaatst. Zoals gerapporteerd in eerdere onderzoeken, is de correlatie tussen de verzadigingsspanning en de dikte van de apparaat-dielektrische laag bijna lineair. Figuur 9 suggereert dat de verzadigingsspanning van het apparaat kan worden verlaagd tot ongeveer −10 V door een eenvoudige en effectieve vulcanisatie-voorbehandeling; deze verlaagde waarde in andere onderzoeken is ongeveer 40 V en is vier keer groter in apparaten van vergelijkbare structuur met dezelfde dikte SiO₂-laag [10]. Bovendien bereikt RA zijn maximum van 25 Ω cm² bij bijna 0 V. De dalende trend is aanzienlijk vertraagd wanneer we een negatieve biasspanning van ongeveer −10 V toepassen. Wanneer we de biasspanning van −10 V op de gate-elektrode toepassen, is RA 10 Ω cm² bij −0,3 V, wat 40 keer zo hoog is dan zonder toegepaste biasspanning. Bovendien is het bijna twee ordes van grootte lager dan dat zonder biasspanning bij −0,6 V. Figuur 9b wijst erop dat de donkerstroom zijn minimum van 2 × 10^–4 A/cm² bereikt bij bijna 0 V, en wordt met een orde van grootte verlaagd bij −0,3 V. Zoals we weten, verandert de IV-curve niet met de gate-bias bij 0 V wanneer de biasspanning positief is. Bovendien neemt de RA van het apparaat aanzienlijk toe wanneer de biasspanning toeneemt van 0 tot −10 V; tegelijkertijd neemt de donkerstroom van het apparaat corresponderend af. Wanneer de biasspanning varieert van −10 tot −20 V, neemt de RA van het apparaat iets af, en de donkerstroom van het apparaat neemt corresponderend toe. Bij hoge reserve bias (bijv. −1 V) tussen boven- enonderelektroden, neemt de donkerstroom af met gate-bias en neemt vervolgens iets toe boven −12 V. Dit is voornamelijk voor gate-bias kenmerken. Verdere inleiding wordt getoond in fig. 10. Voor lage reserve bias (bijv. −0,1 V) lijkt de donkerstroom toe te nemen naarmate de gate-bias toeneemt, wat volledig anders is dan bij −1 V. Voor verschillende reserve bias vermoeden we dat de belangrijkste lekkage mechanisme anders is. Voor lage reserve bias toont hoge gate-bias negatieve invloed voor het beïnvloedt oppervlakte verstrooiing van elektronen en hete elektronen. En voor hoge reserve bias, neemt lekkage af voor zijn oppervlakte lekkagestroom afneemt. Dus het is anders.

Zoals geïllustreerd in fig. 10, bij hoge reserve bias (bijv. −1 V) tussen boven- enonderelektrode daalt de donkerstroom met gate-bias en neemt vervolgens iets toe boven −12 V; we kunnen zien dat het apparaat bestaat in drie stadia met de verandering in biasspanning bij 77 K [10]. Volgens referentie [13] zijn de P⁺ en N⁺ gebieden voor P⁺–π–M–N⁺ structuur apparaat zwaar gedopt, en het M-gebied is een groter bandgebied met een grotere effectieve massa vergeleken met het π en P⁺ gebied; daarom heeft de gate-bias veel meer invloed op het π gebied vergeleken met andere [13]. Met een vergelijkbare methode als Chen [10], worden drie stadia tijdens het proces van hoge negatieve biasspanning (−20 tot −10 V) die wordt toegepast op de gate-elektrode geanalyseerd; de resultaten wijzen erop dat de mesa-zijwand in de platte conditie of onder accumulatie is [8], en de donkerstroomdichtheid neemt iets toe met de gate-bias vanwege de vulcanisatie-interface. Verwacht voor vulcanisatie-interface lichte dichtheid inhomogeniteit, ergens dichtheid onvoldoende licht doorbraak. Wanneer negatieve biasspanning (−10 tot −2 V) wordt toegepast, komt de mesa-zijwand in depletie, en de donkerstroom neemt gladelijk toe. Bovendien bereikt de veld-geïnduceerde depletiebreedte zijn maximum en invertielaagvorming wanneer de biasspanning bij −2 V wordt toegepast tot positieve gate-bias; dus blijft de donkerstroomdichtheid constant. Volgens referentie [14] wordt uitgelegd waarom de oppervlakte generatie-hercombinatie (G–R) stroom bij −0,5 V groter is dan bij −0,3 V.

Figuur 11 toont dat, met de gate-bias bij −10 V, de D* voor GD-monster met 780 °C Be gedopt zijn piekdetectiviteit bereikt van 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2/W bij 5 µm, wat meer dan twee keer zo hoog is dan zonder biasspanning met 780 °C Be gedopt en meer dan drie keer zo hoog dan zonder biasspanning met 820 °C Be gedopt bij 77 K. Het wijst erop dat het toepassen van een geschikte negatieve bias de apparaatprestaties aanzienlijk kan verbeteren.

Conclusies

2017 Northwestern University rapporteerde langgolvige infrarood (LWIR) nBn fotodetectors gebaseerd op InAs/InAs_1−xSb_x type-II superroosters. Het apparaat vertoonde een afsnijgolflengte van ∼ 10 µm bij 77 K met een piekresponsiviteit van 2,65 A/W, corresponderend met een kwantumefficiëntie van 43% en RA 664 Ω cm² en een donkerstroomdichtheid van 8 × 10⁵ A/cm², onder 80 mV biasspanning bij 77 K; de fotodetector vertoonde een specifieke detectiviteit van 4,72 × 10¹¹ cm Hz^1/2/W [5]. De piekresponsiviteit van dit apparaat is 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2/W bij 5 µm en 0 V met −10 V gate-bias spanning wat vergelijkbaar is met het nBn-apparaat. Maar het zwakke punt is de RA-uniformiteit van het apparaat wat de apparaatprestaties beïnvloedt.

Concluderend, het dwingen van het actieve gebied om p-type te zijn door doping in het π-gebied kan de prestaties effectief verbeteren voor LWIR InAs/GaSb superrooster P⁺–π–M–N⁺ detector [6]. Echter, het is niet zo dat hoe hoger de dopingsconcentratie, hoe meer de verbetering in de apparaatprestaties. Met name de elektrische en optische prestaties van het apparaat kunnen worden verminderd door een overmatige dopingsconcentratie. Optische karakterisatie bij 77 K wijst erop dat we een QE-maximum van 62,4% bij 4,26 µm en een maximum van 2,26 A/W bij 5 µm verkrijgen met Be gedopt met 780 °C. Elektrische karakterisatie suggereert dat een RA-maximum van 1259,4 Ω cm² met Be gedopt met 780 °C wordt verkregen. De specifieke detectiviteit bereikt zijn maximum van 5,6 × 10¹⁰ cm Hz^1/2/W bij 5 µm met Be gedopt met 780 °C. Bovendien kan de verzadigingsspanning van het apparaat dramatisch worden verlaagd door een eenvoudige en effectieve anodische vulcanisatie-voorbehandeling. Vulcanisatie-voorbehandeling toont zijn potentieel om de gate-bias spanning te verlagen. Elektrische karakterisatie illustreert dat de verzadigingsspanning slechts −10 V is, terwijl het 40 V is in andere onderzoeken zonder vulcanisatie-voorbehandeling in een vergelijkbare structuur met dezelfde dikte van de SiO₂-laag. Verder kan de apparaatprestatie aanzienlijk worden verbeterd door een geschikte negatieve bias op de gate-elektrode toe te passen. Een maximum van 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2/W wordt bereikt bij 5 µm en 0 V met −10 V gate-bias spanning met Be gedopt met 780 °C bij 77 K. Beperkt door experimentele apparatuur en experimentele omstandigheden, kiezen we SiO₂ als dielektrische laag, maar in de opvolging wordt overwogen om Hi–K medium te gebruiken voor verdere experimenten. Theoretisch kan de gate-bias spanning verder worden verlaagd.

Beschikbaarheid van Data en Materialen

De auteurs verklaren dat de materialen en data direct beschikbaar zijn voor lezers zonder onredelijke kwalificaties voor materiaaloverdrachtsovereenkomsten. Alle data gegenereerd of geanalyseerd tijdens deze studie zijn in dit artikel opgenomen.

Afkortingen

LWIR:

Langgolvige infrarooddetectors

QE:

Kwantumefficiëntie

T2SLs:

Type-II gespannen-laag superroosters

VLWIR:

Zeer langgolvige infrarooddetectors

MWIR:

Middengolvige infrarooddetectors

HRXRD:

Hoogresolutie Röntgendiffractie

AFM:

Atoomkrachtmicroscopie

ICP:

Inductief gekoppeld plasma

GD:

Gegate diode

UGD:

Ongegate diode

D*:

Specifieke detectiviteit

RA:

Product van weerstandswaarde en die-oppervlakte

Ri:

Responsiviteit van infrarooddetector

G–R:

Generatie–hercombinatie