锑化物Ⅱ类超晶格中红外高温探测器研究

作     者：佘利芳 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁颖;吴东海

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：红外探测器 中波材料 锑化物Ⅱ类超晶格 高工作温度 

摘      要：锑化物Ⅱ类超晶格(T2SL)是极具潜力的第三代红外探测器材料,对其组分进行微调,就可以实现2～30μm波段的红外探测。中红外探测器在远程导弹、红外侦察、夜视成像等军事领域具有及其重要的应用,同时也被越来越多地应用在工业、农业、医疗、安防监控等领域。为了实现高性能红外探测器,简化探测器制冷系统,本论文开展了对锑化物Ⅱ类超晶格中红外高温探测器的研究。首先研究了制备流程中刻蚀方式和钝化材料对暗电流的抑制作用;进一步研究了探测器外延层结构对器件性能的影响,设计并制备了PpMN、p Bn型结构探测器,提高了探测器的性能。论文主要研究成果如下:(1)研究了刻蚀方式和钝化材料对探测器性能的影响。研究了干法刻蚀、湿法腐蚀对探测器暗电流的影响,湿法腐蚀器件的暗电流水平更低,两者的光学性能无太大差异。说明刻蚀方式会影响表面漏电流,但不会影响光学性能。研究表明光刻胶AZ6130对器件具有钝化作用,这提供了一种钝化的新方法。比较了AlO、AZ6130光刻胶、SiN、Si O这四种材料对探测器暗电流的抑制效果。结果表明Si O的钝化效果最好,SiN的钝化效果次之,接下来是AZ6130,钝化效果最差的是AlO。(2)设计并制备了InAs/GaSb超晶格PpMN型结构单元探测器。在77 K时,测得器件暗电密度为1.46×10 A/cm。在峰值波长4.2μm处响应度达到了0.48 A/W,量子效率达到20%,探测率值5.77×10 cm·Hz/W。该结构探测器能够有效抑制器件暗电流,提高了光学性能。(3)设计并制备了InAs/InAsSb超晶格pBn型单元探测器。为了降低探测器光学性能的偏压依赖性,创新性地设计了Al AsSb/InAsSb超晶格势垒结构。测得器件在-100 m V的偏压下光响应饱和,与n Bn结构探测器相比,大大降低了探测器光学的偏压依赖性。在150 K时,探测器的暗电流密度为1.2×10 A/cm,2μm厚的吸收层可以实现量子效率29%,探测率达到了1.2×10 cm·Hz/W,该结构相对传统探测器,其光学性能有显著提升。