128×128像素InAs/GaSb II类超晶格红外探测器研究

"该文报道了一项关于128×128像素的InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究，该探测器在77 K温度下具有100%截止波长8μm和峰值探测率6.0×109 cmHz1/2W-1的性能。通过分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料，红外吸收层由13 ML InAs和9 ML GaSb组成，采用PIN结构，光敏元尺寸为40μm×40μm。通过一系列微电子加工工艺，包括台面形成、侧边钝化、金属电极生长和读出电路互连，成功制造出长波红外探测器。在红外焦平面成像测试中，探测器展现出清晰的成像能力。" 这篇论文详细介绍了128×128像素的InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器的研制过程和技术特点。这种探测器主要用于长波红外（LWIR）领域的应用，其关键组件是InAs/GaSb II类超晶格材料。II类超晶格是由交替堆叠的InAs和GaSb薄层构成的量子阱结构，这种设计使得探测器能够在特定的红外波段内高效吸收和转换光子能量。 在制造过程中，研究人员利用分子束外延（MBE）技术在GaSb衬底上生长了超晶格材料。这种技术允许精确控制原子层的厚度和质量，从而优化材料的光电性能。红外吸收区由13个分子层（ML）的InAs和9个ML的GaSb交替组成，这种结构设计有助于提高对特定波长红外辐射的响应。 探测器采用了PIN结构，即P型-本征-N型的半导体结构，这种结构有利于增强电流的控制和光生载流子的收集效率。光敏元的尺寸为40微米乘40微米，适中的尺寸既能保证较高的空间分辨率，又可以实现良好的信号收集。 通过进一步的微电子加工步骤，如台面形成以减少表面散射，侧边钝化以防止侧面漏电流，以及金属电极的生长，确保了探测器的电气稳定性。同时，与读出电路的互连技术使探测器能够有效地将光信号转化为电信号，进行后续的信号处理和图像重建。 在77开尔文（约-196摄氏度）的低温环境下，测试结果显示，该探测器的100%截止波长达到了8微米，这意味着它对8微米及以下波长的红外辐射有良好的响应。此外，探测器的峰值探测率为6.0×109 cmHz1/2W-1，这是一个非常高的数值，表明其在工作时能快速响应并准确检测到微弱的红外信号。 通过红外焦平面成像测试，该探测器成功地捕获到了清晰的红外图像，验证了其在实际应用中的成像能力。这项研究对于发展高性能、高分辨率的红外成像系统具有重要意义，特别是在军事、遥感、环境监测和科学研究等领域。