华秋PCB

高靠得住多层板制造商

华秋SMT

高靠得住一站式PCBA智造商

华秋商城

自营现货电子元器件商城

PCB Layout

高多层、高密度产物设计

钢网制造

专注高品质钢网制造

BOM配单

专业的一站式采购解决方案

华秋DFM

一键阐发设计隐患

华秋认证

认证检测无可置疑

高速响应的中波红外探测器在自由空间光通讯和频率梳光谱学等新兴范畴的需求逐步增添。中长波XBₙn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有按捺感化。

据麦姆斯咨询报导，近期，由中国科学院半导体研究所、昆明物理研究所、中国科学院年夜学和陆装驻重庆军代局驻昆明地域第一军代室构成的科研团队在《红外与毫米波学报》期刊上颁发了以“非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器”为主题的文章。该文章第一作者为贾春阳，通信作者为赵俊总工程师和张逸韵研究员。

本工作制备了分歧直径的nBn和pBn布局的中波InAsSb/AlAsSb红外接地-旌旗灯号-接地（GSG）探测器。对制备的探测器进行了变温暗电流特征，结电容特征和室温射频响应特征的表征。

材料发展、器件制备和测试

经由过程固态源份子束外延装配在2英寸的n型Te-GaSb衬底上外延发展nBn和pBn器件。势垒型器件的发展进程以下所示：先在衬底上发展GaSb缓冲层来平整概况和削减应力和位错，接着发展重搀杂（10¹⁸ cm⁻³）n型InAsSb接触层，然后发展2.5 μm厚的非居心搀杂（10¹⁵ cm⁻³）InAsSb体材料接收层。以后发展了150 nm厚的AlAsSb/AlSb数字合金电子势垒层，经由过程插入超薄的AlSb层实现了接收区和势垒层的价带偏移的显著削减，有助在空穴向接触电极的传输，同时有用禁止电子以减小暗电流。最后别离发展300 nm厚的重搀杂（10¹⁸ cm⁻³）n型InAsSb和p型GaSb接触层用在构成nBn和pBn器件布局。此中，Si和Be别离被用作n型和p型搀杂源。发展后，经由过程原子力显微镜（D3100，Veeco，USA）和高分辩X射线衍射仪（Bede D1，United Kingdom）对晶片进行表征以确保取得高质量的材料质量。 经由过程激光划片将2英寸的外延片划裂为1×1 cm²的样片。样片颠末尺度工艺处置，包罗台面界说、钝化和金属蒸镀工艺，制成直径从10 μm到100 μm的圆形台面单管探测器。台面界说工艺包罗经由过程电感耦合等离子体（ICP）和柠檬酸基夹杂溶液进行的干法刻蚀和湿法侵蚀工艺，以去除器件侧壁上的离子引诱毁伤和概况态。器件的金属电极需要与射频探针进行耦合来测试器件的射频响应特征，是以包罗三个电极别离为Ground（接地）、Signal（旌旗灯号）和Ground，此中两个Ground电极相连，与下接触层构成欧姆接触，Signal电极与上接触层构成欧姆接触，如图1（c）和（f）所示。经由过程低温探针台和半导体参数阐发仪（Keithley 4200，America）测试器件77 K-300 K规模的电学特征。器件的光学响应特征在之前的工作中介绍过，在300 K下光电探测器截止波长约为4.8 μm，与InAsSb接收层的带隙一致。在300 K和反向偏置为450 mV时，饱和量子效力在55%-60%。经由过程探针台和频率响应规模10 MHz-67 GHz的矢量收集阐发仪（Keysight PNA-X N5247B，America）对器件进行射频响应特征测试。

成果与会商

材料质量表征

图1（a）和（d）的X射线衍射谱成果显示，从左到右的谱线峰别离对应在InAsSb接收层和GaSb缓冲层/衬底。此中，nBn和pBn外延片的InAsSb接收区的峰值别离呈现在60.69度和60.67度，GaSb衬底的峰值则呈现在60.72度。是以，InAsSb接收层与GaSb 衬底的晶格掉配别离为-108 acsec和-180 acsec，合适预期，注解nBn和pBn器件的InAsSb接收区和GaSb衬底几近是晶格匹配的发展前提。是以，nBn和pBn外延片都具有杰出的材料质量。原子力显微镜扫描的成果在图1的（b）和（e）中，显示诞生长后的nBn和pBn外延片具有杰出的概况描摹。在一个5×5 μm²的区域内，nBn和pBn外延片的均方根粗拙度别离为1.7 Å和2.1 Å。

图1 （a）和（a）别离为nBn和pBn外延片的X射线衍射谱；（b）和（e）别离为nBn和pBn外延片的原子力显微扫描图；（c）和（f）别离为制备的圆形GSG探测器的光学照片和扫描电子照片

器件的变温暗电流特征

图2（a）显示了器件直径90 μm的nBn和pBn探测器单管芯片的温度依靠暗电流密度-电压曲线，经由过程在毗连到Keithley 4200半导体参数阐发仪的低温探针台长进行丈量。图2（b）显示了件直径90 μm的nBn和pBn探测器在77 K-300 K下的微分电阻和器件面积的乘积R₀A随反向偏压的转变曲线，温度降落的梯度（STEP）为25 K。图2（c）显示了在400 mV反向偏压下，nBn和pBn探测器表示出的从77 K到300 K的R₀A与温度倒数（1000/T）之间的关系，温度转变的梯度（STEP）为25 K。

图2 从77K到300K温度下直径90 μm的nBn和pBn探测器单管芯片（a）暗电流密度-电压曲线；（b）微分电阻和器件面积的乘积R₀A随反向偏压的转变曲线；（c）R₀A随温度倒数转变曲线

器件暗电流的尺寸效应

因为势垒型红外探测器对体内暗电流可以起到较好的按捺感化，是以研究人员存眷与台面周长和面积有关的概况泄漏暗电流，进一步按捺概况漏电流可以进一步提高探测器的工作机能。图3（a）显示了从20 μm到100 μm直径的nBn和pBn器件在室温工作的暗电流密度和电压关系，尺寸转变的梯度（STEP）为10 μm。图3（b）显示从20 μm-100 μm的nBn和pBn探测器的微分电阻和台面面积的乘积R₀A随反向偏压的转变曲线。图3（d）中pBn器件的相对平缓的拟合曲线申明了具有较高的侧壁电阻率，按照斜率的倒数计较出约为1.7×10⁴ Ω·cm。

图3 从20 μm到100 μm直径的nBn和pBn器件在室温下的（a）暗电流密度和电压转变曲线和（b）R₀A随反向偏压的转变曲线；（c）在400 mV反偏时，pBn和nBn器件R₀A随台面直径的转变；（d）（R₀A）⁻¹与周长对面积（P/A）转变曲线

器件的结电容

图4（a）显示了利用Keithley 4200 CV模块在室温下分歧直径的nBn和pBn探测器的结电容随反向偏压的转变曲线，器件直径从20 μm到100 μm依照10 μm梯度（STEP）转变。对势垒层完全耗尽的pBn探测器，预期器件电容将由AlAsSb/AlSb势垒层电容和InAsSb接收区耗尽层电容的串连组合给出，此中包罗势垒层和上接触层侧的InAsSb耗尽区。

图4 （a）在室温下分歧直径的nBn和pBn探测器的结电容随反向偏压的转变曲线；（b）反偏400 mV下结电容与台面直径的转变曲线。

器件的射频响应特征

经由过程Keysight PNA-X N5247B矢量收集阐发仪、探针台和飞秒激光光源，在室暖和0-3 V反向偏压下，对分歧尺寸的nBn和pBn探测器在10 MHz至67 GHz之间进行了射频响应特征测试。按照图5推算出在3V反向偏压下的40 μm、50 μm、70 μm、80 μm、90 μm、100 μm直径的圆形nBn和pBn红外探测器的3 dB截止频率（f3dB）。势垒型探测器内部载流子输运进程近似光电导探测器，概况载流子寿命对响应速度会发生影响。

图5 在300 K下施加-3V偏压的40 μm、50 μm、70 μm、80 μm、90 μm、100 μm直径的nBn和pBn探测器的归一化频率响应图

图6 分歧尺寸的nBn和pBn探测器（a）3 dB截止频率随反向偏压转变曲线；（b）在3 V反向偏压下的3 dB截止频率随台面直径转变曲线

图6（a）展现了对分歧尺寸的nBn和pBn探测器，在0-3 V反向偏压规模内的3 dB截止频率的成果。跟着反向偏压的增年夜，分歧尺寸的器件的3 dB带宽也随之增年夜。是以，在图6（a）中不雅察到在低反向偏压下nBn和pBn器件的响应较慢，nBn探测器的截止频率落在60MHz-320 MHz之间而pBn探测器的截止频率落在70MHz-750 MHz之间；跟着施加偏压的增添，截止频率增添，nBn和pBn器件最高可以到达反向偏压3V下的2.02GHz和2.62 GHz。pBn器件的响应速度相较在nBn器件晋升了约29.7%。

结论

经由过程份子束外延法在锑化镓衬底上发展了两种势垒型布局nBn和pBn的InAsSb/AlAsSb/AlSb基中波红外光探测器，颠末台面界说、工艺钝化工艺和金属蒸镀工艺制备了可用在射频响应特征测试的GSG探测器。XRD和AFM的成果暗示两种布局的外延片都具有较好的晶体质量。探测器的暗电流测试成果注解，在室暖和反向偏压400 mV工作时，直径90 μm的pBn器件相较在nBn器件表示出更低的暗电流密度0.145 A/cm²，申明了该器件在室温非制冷情况下表示出低噪声。分歧台面直径的探测器的暗电流测试注解，pBn器件的概况电阻率约为1.7×10⁴ Ω·cm，对比的nBn器件的概况电阻率为3.1×10³ Ω·cm，而pBn和nBn的R₀A体积项的进献别离为16.60 Ω·cm²和5.27 Ω·cm²。 探测器的电容测试成果注解，可零偏压工作的pBn探测用具有完全耗尽的势垒层和部门耗尽的接收区，nBn的接收区也存在部门耗尽。探测器的射频响应特征注解，直径90 μm的pBn器件的响应速度在室暖和3 V反向偏压下可达2.62 GHz，对比的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz，比拟晋升了约29.7%。初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光探测器，对室温中波高速红外探测器和光通信模块供给手艺线路参考。

审核编纂：刘清

原文题目：非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器

文章出处：【微旌旗灯号：MEMSensor，微信公家号：MEMS】接待添加存眷！文章转载请注明出处。

中波红外量子点材料和其光电探测器研究阐发 中波红外量子点材料的成功制备是量子点在中波红外波段诸如军事国防、工业监控和情况亚新体育监测等现实场景实现利用的主要条件，而自量子点被发现可利用在中波 颁发在 01-05 09:28 •90次浏览 国产非制冷红外探测器非平均性阐发 现有国产非制冷红外探测器多采取挡板校订进行非平均性校订，影响了红外探测器的不雅测结果与方针搜跟。 颁发在 12-01 09:43 •183次浏览 基在Ⅱ类超晶格的中波红外带间级联探测器设计实现 基在InAs/GaSb Ⅱ类超晶格（T2SL），科研人员成功实现了短波、中波、长波和甚长波的红外探测。 颁发在 10-10 09:09 •331次浏览 焜腾红外推出全系列T2SL制冷红外探测器 焜腾红外的手艺研发线路集中在深耕Ⅱ类超晶格制冷红外探测器这一新型探测器手艺线路，研制出并出产笼盖中长波的Ⅱ类超晶格 颁发在 09-07 10:40 •161次浏览 世界第一款8微米VGA非制冷红外热成像探测器将表态深圳光博会 继2021年发布世界第一款8微米非制冷红外热成像探测器芯片（1920×1080）后，睿创微纳全资子公司艾睿光电又获得冲破性进展——成功推出8微米VGA红外热成像 颁发在 09-02 14:18 •1069次浏览 制冷红外探测器材料？ 锑化铟探测器是红外探测器中的一种，属在制冷型红外探测器。锑化铟（InSb）是一种晶体材料属在II 颁发在 09-01 14:29 •756次浏览 非制冷和制冷红外探测器的区分 红外探测器手艺在现代科学和工业中阐扬侧重要感化。此中，非制冷和制冷红外探测器是两种常见的类型。虽 颁发在 08-25 09:45 •850次浏览 InSb焦红外探测器平面芯片的响应率晋升研究 InSb红外探测器在中波红外波段（3～5 μm）具有杰出的活络度和优良的靠得住性。InSb光伏探测器的响应率是评价 颁发在 08-07 10:45 •312次浏览 红外探测器有几种？若何划分？ 。按照工作温度，又可以将其分为制冷型和非制冷型红外探测器，而按照探测的道理，又可将红外 颁发在 08-02 15:14 •870次浏览 非制冷红外焦平面探测器是甚么？ 因为集成电路手艺和微电机系统（MEMS）手艺的迅大进步，非制冷红外焦平面阵列探测器手艺已日臻成熟，而且相干产物也最先逐步实现系列化。在学术界和财产界的配合鞭策下，非制冷 颁发在 08-02 15:09 •607次浏览 珏芯微电子研究基在冲击响应谱的红外探测器引线键合 制冷型红外探测器有响应快、活络度高和探测距离远的特点，在智能光电设备中利用普遍。 颁发在 07-28 10:47 •660次浏览 红外探测器：热探测器与光子探测器 红外探测器是红外热成像手艺范畴的焦点器件，其首要用在检测物体发出的红外辐射。依照探测器道理分歧，红外 颁发在 07-19 17:12 •1138次浏览 中波红外碲镉汞室温探测器激光辐照饱和特征的仿真 本文针对室温工作的光伏型碲镉汞中波红外探测器激光辐照饱和特征进行了仿真，成果注解，中红外激光对碲镉汞材料的加热效应和光照致使零偏压阻抗下降，是影响 颁发在 04-07 11:22 •949次浏览 红外InAsSb探测器：合适RoHS尺度，可替MCT 一谈到中红外探测器，特别是科研范畴利用，碲镉汞MCT探测器必然榜上着名。滨松多年前也曾致力在MCT探测器的推行，可是滨松现现在推出了新一代InAsS 颁发在 04-07 07:31 •521次浏览