Hoogwaardige anodische vulkanisatie-voorbehandelde gated P+–π–M–N+ InAs/GaSb superrooster lange-golflengte infrarood detector

Abstract

De InAs/GaSb superrooster infrarood detector is met enorme inspanning ontwikkeld. De prestaties ervan, met name infrarooddetectoren met lange golflengte (LWIR), worden echter nog steeds beperkt door de elektrische prestaties en optische kwantumefficiëntie (QE). Het actieve gebied dwingen om p . te zijn -type door juiste doping kan QE sterk verbeteren, en de poorttechniek kan worden gebruikt om de elektrische prestaties aanzienlijk te verbeteren. De verzadigingsvoorspanning is echter te hoog. Het verminderen van de verzadigingsvoorspanning heeft brede vooruitzichten voor de toekomstige toepassing van poortspanningsbesturingsapparaten. In dit artikel melden we dat de gated P⁺ –π –M–N⁺ InAs/GaSb-superrooster-infrarooddetectoren met lange golflengte vertonen verschillende dopingniveaus in het π-gebied met een verminderde minimale verzadigingsbias bij − 10 V met een SiO₂ van 200 nm laag na een eenvoudige en effectieve anodevulkanisatievoorbehandeling. De bias-spanning van de verzadigingspoort is veel lager dan -40 V die werd gerapporteerd met dezelfde dikte van een SiO₂ van 200 nm passiveringslaag en soortgelijke structuur. De optische en elektrische karakterisering geeft aan dat de elektrische en optische prestaties van het apparaat zouden worden verzwakt door overmatige dopingconcentratie. Bij 77 K is de 50% afsnijgolflengte van het apparaat ongeveer 8 µm, de 100% afsnijgolflengte is 10 µm, de maximale kwantumefficiëntie is 62,4%, de maximale responsiviteit is 2,26 A/W bij 5 µm, en de maximale RA van het apparaat is 1259,4 Ω cm² . Bovendien vertoont de specifieke detectiviteit van een met Be 780 °C gedoteerde detector zonder poortelektrode een piek van 5,6 × 10¹⁰ cm Hz^1/2 /W bij 5 µm met een sperspanning van 70 mv, die meer dan drie keer zo hoog is als die van een met Be 820 °C gedoteerde detector. Bovendien zou de piekspecifieke detectiviteit verder kunnen worden verhoogd tot 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2 /W bij 5 µm met een reservevoorspanning van 10 mv met een voorspanning van − 10 V bij de poortelektrode.

Inleiding

Type-II gespannen laag superroosters (T2SL's) zijn in toenemende mate de focus geworden van het huidige onderzoek sinds Sai-Halasz et al. [1] stelde zijn conceptie voor. Hoogwaardige infrarooddetectoren kunnen worden gegenereerd door de bandstructuur en spanning van T2SL's zorgvuldig te ontwerpen [2]. InAs/GaSb-superrooster, een goed bestudeerd lid van T2SL's, is een uitstekend materiaalsysteem met brede mogelijkheden in de infrarooddetector [3]. De InAs/GaSb superrooster infrarood detector is met enorme inspanning ontwikkeld. De prestaties ervan, met name infrarooddetectoren met lange golflengte (LWIR), worden echter nog steeds beperkt door de elektrische prestaties en optische kwantumefficiëntie (QE) [4]. De corresponderende omgevingstemperatuur (op de grond) van de LWIR-detector is ongeveer 300 K, wat overeenkomt met de piekgolflengte van 9,6 µm (het midden van het LWIR atmosferische transmissievenster) en heeft een breed scala aan toepassingen [5]. Het wordt veel gebruikt op verschillende gebieden, zoals gasdetectie, nachtzicht, infrarood vroegtijdige waarschuwing, infrarood remote sensing en infraroodgeleiding, niet alleen voor militair gebruik, maar ook voor het leven van mensen. Het is buitengewoon zinvol en uitdagend om hoogwaardige langegolf-infrarooddetectoren te maken.

Het structurele ontwerp en de procesvoorbereiding van de detector hebben een aanzienlijke invloed 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. Er worden echter meer opvangcentra geïntroduceerd samen met de toename van de dikte, wat leidt tot een vermindering van de elektrische eigenschappen van de detector. In de LWIR en infrarooddetectoren met zeer lange golflengte (VLWIR) is de InAs-laag meestal dikker dan de GaSb-laag. Het materiaal is dus n -type (de minderheidsdragers zijn gaten). Het actieve gebied dwingen om p . te zijn -type door juiste doping kan de QE sterk verhogen zonder enige verandering in de regiogrootte van het apparaat [6]. Het is echter niet hoe hoger de dopingconcentratie, hoe groter de verbetering van de prestaties van het apparaat. Met name de elektrische [7] en optische prestaties van het apparaat kunnen worden verzwakt door een te hoge dopingconcentratie.

Naast het veranderen van de dopingconcentratie in de π regio, is de poorttechniek recentelijk toegepast in de middengolflengte infrarooddetectoren (MWIR) en LWIR-detectoren [8] om de prestaties van het apparaat te verbeteren. Het vereist echter een zeer hoge gate-biasspanning. De poortbias kan worden uitgedrukt door Vgl. (1).

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

waarbij $\varepsilon$ staat voor de relatieve diëlektrische constante van de diëlektrische laag, $\varepsilon_{0}$ staat voor de diëlektrische constante van vacuüm, V verwijst naar de voorspanning van de verzadigingspoort, d is de dikte van de diëlektrische laag, en σ staat voor de ladingsdichtheid op de interface. De gate bias is met veel moeite afgezwakt op basis van de formule; de middelen om high-k diëlektricum te gebruiken, zoals Y₂ O₃ [9] om de laagdikte te passiveren of te verminderen [10] is effectief. Er is echter weinig onderzoek gedaan naar het verminderen van de ladingsdichtheid. In dit artikel wordt eerst anodisatie uitgevoerd om verzadigingsbias aanzienlijk te verminderen. Een mengsel van NaS₂ ·5H₂ O en ethyleenglycol worden gebruikt als vulkaniserende oplossing. Tijdens het anodische uithardingsproces sluit de combinatie van zwavelatomen en bungelende bindingen op het oppervlak van het apparaat de geleidende kanalen op het oppervlak van het apparaat [11], vermindert de oppervlakterecombinatie van het apparaat en verzwakt de oppervlakteladingsdichtheid van de apparaat. Vervolgens wordt een laag dichte en uniforme 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 poortelektrode wordt op de SiO₂ . geplaatst laag. De voorspanning van de verzadigingspoort wordt verlaagd naarmate de ladingsdichtheid op de interface afneemt.

In deze studie werd LWIR P⁺ ., voorbehandeld met anodische vulkanisatie –π –M–N⁺ detectoren zijn vervaardigd onder een gate-biasspanning met lage verzadiging op basis van InAs/GaSb T2SL's met verschillende doping π Regio's. De resultaten geven aan dat niet hoe hoger de dopingconcentratie, hoe groter de verbetering van de prestaties van het apparaat. In het bijzonder zouden de elektrische en optische prestaties van het apparaat worden verzwakt door overmatige dopingconcentratie. Bovendien kan anodische vulkanisatievoorbehandeling de gate-bias bij -10 V aanzienlijk verminderen, wat veel lager is dan wat wordt gerapporteerd bij dezelfde dikte van een 200 nm SiO₂ passiveringslaag met ongeveer 40 V in een vergelijkbare structuur.

Methoden

Materialen en structuur

De materialen worden geproduceerd door een solide GEN 20 MBE-systeem op de 2-inch n -type GaSb (001) substraten. In dit werk is de krachtige LWIR-detector gebaseerd op de P⁺ –π –M–N⁺ structuur. Een schema van de apparaten, hoge resolutie röntgendiffractie (HRXRD) patronen en atoomkrachtmicroscopie (AFM) wordt geïllustreerd in Fig. 1 en 2. Figuur 1 geeft aan 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⁺ regio, een 2000 nm licht P-gedoteerde 12-ML InAs (Be:780 °C 800 °C 820 °C)/7-ML GaSb π regio, een 500 nm ongedoteerd 18-ML InAs/3-ML GaSb/5-ML AlSb/3-ML GaSb M-regio, een 500 nm dik 18-ML InAs/3-ML GaSb/5-ML AlSb /3-ML GaSb (Si:ongeveer 1 × 10¹⁸ cm⁻³ ) N⁺ regio, en een 30-nm N⁺ InAs Cap-laag. En het toont ook de uitlijning van de simulatieband met de structuur. Aangezien de prestaties van de P⁺ –π –M–N⁺ LWIR-detector zou aanzienlijk worden beïnvloed door de doping van de π regio, bereiden we drie monsters voor met verschillende Be-dopingtemperaturen variërend van 780 tot 820 °C.

De epitaxiale structuur en banduitlijning van de materialen met verschillende π regio-dopingniveaus

HRXRD-schommelcurves voor monsters met verschillende π regio-dopingniveaus

De superroosterperioden van 59,3 , 58,4 en 89,5 Å voor de p -contact, p -actief gebied en M-structuurlaag, met roostermismatches van 60 boogsec, 0 boogsec en 0 boogsec, dienovereenkomstig, worden getoond in Fig. 2. De volledige breedte op het halve maximum voor de SL's in elk gebied is 32 arc sec, 25 arc sec en 12 arc sec, wat aangeeft dat het materiaal een hoge kwaliteit heeft op de interfaces.

Figuur 3 laat zien dat atomaire stappen verschijnen met het wortelgemiddelde kwadraat (RMS) van ruwheid met 1,87 Å over een gebied van 10 × 10 µm.

AFM van een 10 × 10 µm² oppervlakte van een monster

Apparaatstructuur en fabricage

Het proces is vergelijkbaar met dat in Referentie [12]. Eerst wordt de wafer bedekt met SiO₂ als een hark-masker. Vervolgens worden overeenkomstige standaard lithografiestappen toegepast. Vervolgens doen we een hard masker open door een inductief gekoppeld plasma (ICP) systeem. Vervolgens wordt de mesa verkregen met behulp van een inductief gekoppeld plasma (ICP) systeem met een CH₄ /Cl₂ /Ar mengsel. Concreet worden de wafels geëtst van de bovenste laag naar de P⁺ contactpersoon [12]. Daarna wordt de resterende SiO₂ laag wordt verwijderd. Vervolgens dompelen we één kant van de wafer onder in een gemengde oplossing van natriumsulfide en ethyleenglycol en brengen vervolgens een constante stroom op de wafer aan en stellen een drempelspanning in. Er zal zich een zwavelatoomlaag vormen op het oppervlak van de film en de weerstand zal veranderen. De spanning op de wafer zal geleidelijk toenemen totdat deze de drempelspanning bereikt, en dan is de vulkanisatie voltooid. Vervolgens wordt de elementaire zwavellaag bedekt met een laag van 200 nm SiO₂ . Bovendien wordt opnieuw fotolithografie uitgevoerd om het venster te openen door de laag SiO₂ en elementaire zwavel als de metalen contactgebieden van de bovenste en onderste metalen elektroden. Bovendien wordt een andere fotolithografie uitgevoerd die is ontworpen met twee elektrodevormen; één elektrodevorm is voor de gated diode (GD) en de andere is voor de ungated diode (UGD). Ti (50 nm)/Pt (50 nm)/Au (300 nm) wordt afgezet door een elektronenstraal die is afgezet voor de metaalelektroden. Ten slotte worden de boven-, onder- en poortelektroden verkregen door het opstijgen van metaal.

Figuur 4 illustreert de structuur van de GD. Zoals we weten, kan de hellingshoek van het etsen van materiaal worden aangepast door het ICP-vermogen, het RF-vermogen, de gasstroom en de kamerdruk te wijzigen. In deze studie is de werkelijke hellingshoek van de zijwand tussen 80 graden en 85° om het contact met de stortpoort op de zijwand te vergemakkelijken. De poortelektrode wordt op de zijwand van de SiO₂ . geplaatst laag.

Het apparaatstructuurdiagram van GD

Figuur 5 laat zien dat halve diodes worden gedeponeerd als GD's in de drie matrijzen (780 ° C, 800 ° C en 820 ° C Doping). Dan kunnen zowel de gated diode (GD) als de ungated diode (UGD) worden verkregen. Uiteindelijk 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) kan worden verkregen.

Afbeelding van het apparaat onder een optische microscoop

Resultaten en discussie

In infrarooddetectoren is een specifieke detectiviteit (D *) wordt meestal gebruikt om de prestaties van de detector te karakteriseren, die wordt berekend door Vgl. (2).

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

waar q geeft de hoeveelheid elektronische lading aan; K verwijst naar de Boltzmann-constante; T is de Kelvin-temperatuur; Ri verwijst naar de responsiviteit van een infrarooddetector; J is de donkere stroomdichtheid van het apparaat onder een bepaalde bias; en RA verwijst naar het product van weerstandswaarde en matrijsgebied. 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 constante van Planck is, ${ }C$ de lichtsnelheid is, q geeft de hoeveelheid elektronische lading aan, ${ }\lambda$ is de specifieke golflengte, en QE en Ri karakteriseren de optische prestaties van het apparaat. Figuur 6 toont de optische kenmerken van de monsters met verschillende π dopingniveaus in de regio 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 de responsiviteit van het apparaat kunnen worden verhoogd door het dopingtype te veranderen p -type van de π regio, het is niet hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de QE en de responsiviteit. De QE en responsiviteit worden echter aanzienlijk verminderd met de toename van de dopingconcentratie. Voor type II gespannen laag superroosters (T2SL's) is de dopingtemperatuur tijdens de groei van cruciaal belang voor de dopingconcentratie. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de dopingconcentratie. De QE van 780 °C bereikt zijn maximale waarde van 62,4%, wat 1,5 keer groter is dan die van de QE van 820 °C. Het is omdat er te veel onzuiverheden worden geïntroduceerd met de toename van de dopingconcentratie, wat leidt tot een afname van de overmatige levensduur/diffusielengte van de drager en de afname van QE en responsiviteit [6]. Ze veroorzaken bovendien de spectroscopische roodverschuiving in figuur 6a. Figuur 6a en b geven aan dat 780 °C de beste doteringstemperatuur is van de materialen voor optische karakterisering, met een piekresponsiviteit van 2,26 A/W bij 5 µm en de piek QE van 62,4%.

De optische kenmerken van de monsters met verschillende dopingniveaus in de π-regio bij 77 K

Afbeelding 7 toont de elektrische kenmerken van de UGD-monsters met verschillende π dopingniveaus in de regio van 77 K. De elektrische prestaties van het apparaat worden sterk beïnvloed door verschillende π dopingconcentraties in de regio [7]. Met de toename van het dopingniveau van het π-gebied, wordt het product van de weerstandswaarde en het matrijsgebied (RA) in bepaalde voorspanning kleiner, en wordt de donkere stroomdichtheid dienovereenkomstig groter. Net als bij referentie [6], bereikt RA zijn maximum bij bijna 0 V met een zachte doorslag naarmate de omgekeerde bias toeneemt, wat suggereert dat het apparaat een tunneling dark current-modus heeft. We bereiken een RA-maximum van 1259,4 Ω cm² met Be gedoteerd met 780 °C bij − 200 mv, dat is bijna 40 keer dat van Be gedoteerd met 820 °C. Figuur 7b illustreert dat de donkere stroomdichtheid vergelijkbaar is in de negatieve bias in het bereik van -0,1 tot 0 V, en de donkere stroomdichtheid met Be gedoteerd met 780 ° C is iets kleiner in vergelijking met andere. De donkerstroom is 4,9 × 10⁻³ A/cm² voor het apparaat met Be gedoteerd met 780 °C bij − 70 mv.

De elektrische kenmerken van de UGD-monsters met verschillende π dopingniveaus in de regio op 77 K

De bijbehorende D * kan worden berekend door de specifieke Ri, J . te nemen , en RA-waarden onder verschillende voorspanningen bij 77 K. Afbeelding 8 toont de detectiviteit van de UGD-monsters met verschillende π Regio's. Bij − 30 mv is de piekdetectie 5.6 × 10¹⁰ cm Hz^1/2 /W bij 5 µm met Be gedoteerd met 780 °C, terwijl het 3,8 × 10¹⁰ is cm Hz^1/2 /W met Be gedoteerd met 820 °C. De piekdetectie van Be gedoteerd met 780 °C is 1,5 keer die van Be gedoteerd met 820 °C. Daarom is de juiste dopingconcentratie buitengewoon belangrijk. Een te hoge dopingconcentratie zou echter de prestaties van het apparaat verzwakken.

Correlatie tussen de specifieke detectiviteit bij 77 K UGD-monsters met π dopingniveaus en golflengte in de regio

Figuur 9 toont de elektrische kenmerken van het GD-monster met Be gedoteerd met 760 ° C bij 77 K. Anders dan gewone poortspanningsbesturingsapparaten, wordt in deze studie eerst een anodische vulkanisatievoorbehandeling uitgevoerd om de verzadigingspoortvoorspanning opmerkelijk te verminderen. Trouwens, een mengsel van NaS₂ ·5H₂ O en ethyleenglycol worden gebruikt als vulkaniserende oplossing. De passivatiemethode voor anodevulkanisatie wordt gebruikt om een laag dichte en uniforme elementaire zwavel op het oppervlak van het apparaat te vormen. Tijdens de elektrochemische reactie worden zwavelatomen gecombineerd met de bungelende bindingen op het apparaatoppervlak, wat bijdraagt aan het sluiten van de elektronische kanalen die worden gegenereerd door de bungelende bindingen aan het oppervlak en het isoleren van het elektron-gat-recombinatiemechanisme van het apparaatoppervlak [11]. Vervolgens wordt het oppervlak van de elementaire zwavellaag bedekt met een beschermende laag van 200 nm SiO₂ , en de poortelektrode wordt op de zijwand van de SiO₂ . geplaatst laag. Zoals gemeld in eerder onderzoek, is de correlatie tussen de verzadigingsbias en de dikte van de diëlektrische laag van het apparaat bijna lineair. Figuur 9 suggereert dat de verzadigingsbias van het apparaat kan worden verminderd tot ongeveer -10 V door een eenvoudige en effectieve vulkanisatievoorbehandeling; deze verminderde waarde in andere onderzoeken is ongeveer 40 V en is vier keer groter in apparaten met een vergelijkbare structuur met dezelfde dikte SiO₂ laag [10]. Bovendien bereikt RA zijn maximum van 25 Ω cm² bij bijna 0 V. De neerwaartse trend is aanzienlijk vertraagd wanneer we een negatieve voorspanning van ongeveer -10 V toepassen. Wanneer we de voorspanning van -10 V op de poortelektrode toepassen, is RA 10 Ω cm² bij − 0,3 V, wat 40 keer zoveel is als bij geen toegepaste voorspanning. Bovendien is deze bijna twee ordes van grootte lager dan de spanning zonder voorspanning bij -0,6 V. Afbeelding 9b geeft aan dat de donkerstroom zijn minimum van 2 × 10^–4 bereikt. A/cm² in de buurt van 0 V, en het wordt verminderd met een orde van grootte bij -0,3 V. Zoals we weten, zou de IV-curve niet veranderen met de gate-bias bij 0 V wanneer de bias-spanning positief is. Bovendien neemt de RA van het apparaat aanzienlijk toe wanneer de voorspanning toeneemt van 0 tot -10 V; ondertussen neemt de donkerstroom van het apparaat dienovereenkomstig af. Wanneer de voorspanning varieert van -10 tot -20 V, neemt de RA van het apparaat iets af en neemt de donkerstroom van het apparaat dienovereenkomstig toe. Bij een hoge reservevoorspanning (bijv. -1 V) tussen de bovenste en onderste elektroden, neemt de donkerstroom af met de poortvoorspanning en neemt vervolgens iets toe boven -12 V. Het is voornamelijk voor de poortvoorspanningskarakteristiek. Verdere introductie wordt getoond in Fig. 10. Voor lage reverse bias (bijv. − 0,1 V), lijkt de donkerstroom toe te nemen naarmate de gate-bias toeneemt, wat totaal anders is dan die bij -1 V. Voor verschillende reverse bias vermoeden we dat het belangrijkste lekmechanisme is anders. Voor lage reservevoorspanning vertoont hoge poortvoorspanning een negatieve invloed omdat het de oppervlakteverstrooiing van elektronen en hete elektronen beïnvloedt. En voor hoge omgekeerde voorspanning neemt de lekkage af omdat de lekstroom aan het oppervlak afneemt. Het is dus anders.

De elektrische kenmerken van GD-monsters met 780 ° C worden gedoteerd met verschillende gate-biasspanningen en de bias-spanning op de bovenste en onderste elektrode

Correlatie tussen de omgekeerde donkere stroomdichtheid en de gate-bias van GD-monster met 780 ° C Gedoteerd bij verschillende diode-werkingsbias

Zoals geïllustreerd in Fig. 10, neemt bij een hoge reservevoorspanning (bijv. -1 V) tussen de bovenste en onderste elektrode de donkere stroom af met de poortvoorspanning en neemt vervolgens iets toe boven -12 V; we kunnen zien dat het apparaat in drie fasen bestaat met de verandering in voorspanning bij 77 K [10]. Volgens referentie [13], de P⁺ en N⁺ regio's voor P⁺ –π–M–N⁺ structuurapparaat is zwaar gedoteerd, en het M-gebied is een groter bandgebied met een grotere effectieve massa in vergelijking met het π en P⁺ regio; daarom heeft de gate-bias veel meer invloed op de π regio vergeleken met andere [13]. Met behulp van een vergelijkbare methode met Chen [10] worden drie stadia geanalyseerd tijdens het proces van hoge negatieve voorspanning (-20 tot -10 V) die op de poortelektrode wordt toegepast; de resultaten geven aan dat de mesa-zijwand zich in de vlakke toestand of onder accumulatie bevindt [8], en de donkere stroomdichtheid neemt enigszins toe met de poortvoorspanning als gevolg van de vulkanisatie-interface. Verdacht voor vulkanisatie-interface iets dichtheidsinhomogeniteit, ergens dichtheid onvoldoende breken. Wanneer een negatieve voorspanning (− 10 tot − 2 V) wordt toegepast, raakt de mesa-zijwand uitgeput en neemt de donkerstroom geleidelijk toe. Bovendien bereikt de veldgeïnduceerde uitputtingsbreedte zijn maximale en inversielaagvorming wanneer de voorspanning bij -2 V wordt toegepast op positieve poortvoorspanning; dus blijft de donkere stroomdichtheid constant. Volgens Referentie [14] wordt uitgelegd waarom de oppervlaktegeneratie-recombinatie (G-R) stroom bij -0,5 V groter is dan die bij -0,3 V.

Figuur 11 laat zien dat, met de gate-bias bij -10 V, de D * voor GD-monster met 780 °C Be-doped bereikt zijn piekdetectievermogen van 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2 /W bij 5 µm, wat meer dan twee keer de spanning zonder bias is met 780 °C Gedoteerd en meer dan drie keer zo hoog als de spanning zonder bias met 820 °C Gedoteerd is bij 77 K. Dit geeft aan dat het toepassen van de juiste negatieve bias kan de prestaties van het apparaat aanzienlijk verbeteren.

Correlatie tussen de detectiviteit van het GD-monster met 780 °C Be-gedoteerd en UGD-monsters met verschillende π-regio-dopingniveaus en de golflengte bij 77 K

Conclusies

2017 Northwestern University rapporteerde lange-golflengte infrarood (LWIR) nBn-fotodetectoren op basis van InAs/InAs_1−x Sb_x type II superroosters. Het apparaat vertoonde een afsnijgolflengte van ∼ 10 µm bij 77 K met een piekresponsiviteit van 2,65 A/W, wat overeenkomt met een kwantumefficiëntie van 43% en RA 664 Ω cm² en een donkere stroomdichtheid van 8 × 10⁵ A/cm² , onder 80 mV voorspanning 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 een gate-biasspanning van − 10 V die vergelijkbaar is met het nBn-apparaat. Maar het zwakke punt is de RA-uniformiteit van het apparaat, die de prestaties van het apparaat beïnvloedt.

Concluderend, het dwingen van het actieve gebied om p . te zijn -type door middel van doping in de π regio kan de prestaties voor LWIR InAs/GaSb superrooster P⁺ effectief verbeteren –π –M–N⁺ detector [6]. Het is echter niet hoe hoger de dopingconcentratie, hoe groter de verbetering van de prestaties van het apparaat. In het bijzonder kunnen de elektrische en optische prestaties van het apparaat worden verminderd door overmatige dopingconcentratie. Optische karakterisering bij 77 K geeft aan dat we een QE's maximum van 62,4% verkrijgen bij 4,26 µm en een maximum van 2,26 A/W bij 5 µm met Be gedoteerd met 780 °C. Elektrische karakterisering suggereert dat een RA's maximum van 1259,4 Ω cm² met Be gedoteerd 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 gedoteerd met 780 °C. Bovendien kan de verzadigingsbias van het apparaat drastisch worden verminderd door een eenvoudige en effectieve anodische vulkanisatievoorbehandeling. Vulkanisatievoorbehandeling vertoont het potentieel om de gate-biasspanning te verminderen. Elektrische karakterisering illustreert dat de verzadigingsbias slechts -10 V is, terwijl het 40 V is in andere onderzoeken zonder vulkanisatievoorbehandeling in een vergelijkbare structuur met dezelfde dikte van de SiO₂ laag. Bovendien kunnen de prestaties van het apparaat aanzienlijk worden verbeterd door een juiste negatieve voorspanning op de poortelektrode aan te brengen. Maximaal 1,3 × 10¹¹ cm Hz^1/2 /W wordt bereikt bij 5 µm en 0 V met − 10 V gate-biasspanning met Be gedoteerd met 780 °C bij 77 K. Beperkt door experimentele apparatuur en experimentele omstandigheden, kiezen we SiO₂ als diëlektrische laag, maar in de follow-up wordt overwogen om Hi-K-medium te gebruiken voor verdere experimenten. Theoretisch kan de gate-biasspanning verder worden verlaagd.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

De auteurs verklaren dat de materialen en gegevens onmiddellijk beschikbaar zijn voor lezers zonder onnodige kwalificaties voor overeenkomsten voor materiaaloverdracht. Alle gegevens die tijdens dit onderzoek zijn gegenereerd of geanalyseerd, zijn opgenomen in dit artikel.

Afkortingen

LWIR:: Infrarooddetectoren met lange golflengte
QE:: Kwantumefficiëntie
T2SL's:: Type-II superroosters met gespannen laag
VLWIR:: Infrarooddetectoren met zeer lange golflengte
MWIR:: Middengolflengte infrarood detectoren
HRXRD:: Röntgendiffractie met hoge resolutie
AFM:: Atoomkrachtmicroscopie
ICP:: Inductief gekoppeld plasma
GD:: Gated diode
UGD:: Niet-gepoorte diode
D*:: Specifieke detectie
RA:: Product van weerstandswaarde en matrijsgebied
Ri:: Responsiviteit van infrarooddetector
G–R:: Generatie–recombinatie

Ontwerpen van InGaN micro-LED-structuur voor verbetering van de kwantumefficiëntie bij lage stroomdichtheid Groene en kosteneffectieve synthese van tinoxide-nanodeeltjes:een overzicht van de synthesemethodologieën, het vormingsmechanisme en hun potentiële toepassingen

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal