ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ

ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ

ເຕັກໂນໂລຊີການກວດຈັບອິນຟາເຣດຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການລາດຕະເວນທາງທະຫານ, ການຕິດຕາມກວດກາສິ່ງແວດລ້ອມ, ການວິນິດໄສທາງການແພດ ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆ. ເຄື່ອງກວດຈັບອິນຟາເຣດແບບດັ້ງເດີມມີຂໍ້ຈຳກັດບາງຢ່າງໃນການປະຕິບັດ, ເຊັ່ນ: ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ການກວດຈັບ, ຄວາມໄວໃນການຕອບສະໜອງ ແລະອື່ນໆ. ວັດສະດຸ InAs/InAsSb Class II superlattice (T2SL) ມີຄຸນສົມບັດ photoelectric ແລະ tunability ທີ່ດີເລີດ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນເໝາະສົມສໍາລັບເຄື່ອງກວດຈັບອິນຟາເຣດຄື້ນຍາວ (LWIR). ບັນຫາການຕອບສະໜອງທີ່ອ່ອນແອໃນການກວດຈັບອິນຟາເຣດຄື້ນຍາວໄດ້ເປັນຄວາມກັງວົນມາດົນແລ້ວ, ເຊິ່ງຈໍາກັດຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງການນໍາໃຊ້ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເຖິງແມ່ນວ່າເຄື່ອງກວດຈັບແສງ avalanche (ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD) ມີປະສິດທິພາບການຕອບສະໜອງທີ່ດີເລີດ, ມັນໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກກະແສໄຟຟ້າມືດສູງໃນລະຫວ່າງການຄູນ.

ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາເຫຼົ່ານີ້, ທີມງານຈາກມະຫາວິທະຍາໄລວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣນິກຂອງຈີນໄດ້ອອກແບບໂຟໂຕໄດໂອດ avalanche infrared ຄື້ນຍາວ Class II superlattice (T2SL) ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ໃຊ້ອັດຕາການລວມຕົວຂອງ auger ຕ່ຳຂອງຊັ້ນດູດຊຶມ InAs/InAsSb T2SL ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນກະແສມືດ. ໃນເວລາດຽວກັນ, AlAsSb ທີ່ມີຄ່າ k ຕ່ຳຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຊັ້ນຕົວຄູນເພື່ອສະກັດກັ້ນສຽງລົບກວນຂອງອຸປະກອນໃນຂະນະທີ່ຮັກສາ gain ໃຫ້ພຽງພໍ. ການອອກແບບນີ້ໃຫ້ການແກ້ໄຂທີ່ມີຄວາມຫວັງສໍາລັບການສົ່ງເສີມການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີການກວດຈັບອິນຟາເຣດຄື້ນຍາວ. ເຄື່ອງກວດຈັບຮັບຮອງເອົາການອອກແບບຊັ້ນຂັ້ນ, ແລະໂດຍການປັບອັດຕາສ່ວນສ່ວນປະກອບຂອງ InAs ແລະ InAsSb, ການປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງແຖບແມ່ນບັນລຸໄດ້ຢ່າງລຽບງ່າຍ, ແລະປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແມ່ນໄດ້ຮັບການປັບປຸງ. ໃນແງ່ຂອງການຄັດເລືອກວັດສະດຸ ແລະ ຂະບວນການກະກຽມ, ການສຶກສານີ້ອະທິບາຍລາຍລະອຽດກ່ຽວກັບວິທີການເຕີບໂຕ ແລະ ພາລາມິເຕີຂະບວນການຂອງວັດສະດຸ InAs/InAsSb T2SL ທີ່ໃຊ້ໃນການກະກຽມເຄື່ອງກວດຈັບ. ການກຳນົດສ່ວນປະກອບ ແລະ ຄວາມໜາຂອງ InAs/InAsSb T2SL ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ ແລະ ການປັບພາລາມິເຕີແມ່ນຈຳເປັນເພື່ອໃຫ້ບັນລຸຄວາມສົມດຸນຂອງຄວາມກົດດັນ. ໃນສະພາບການຂອງການກວດຈັບອິນຟາເຣດຄື້ນຍາວ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມຍາວຄື້ນຕັດດຽວກັນກັບ InAs/GaSb T2SL, ຕ້ອງມີໄລຍະເວລາດຽວຂອງ InAs/InAsSb T2SL ທີ່ໜາກວ່າ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ວົງຈອນດຽວທີ່ໜາກວ່າເຮັດໃຫ້ຄ່າສຳປະສິດການດູດຊຶມຫຼຸດລົງໃນທິດທາງຂອງການເຕີບໂຕ ແລະ ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງມວນສານທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງຮູໃນ T2SL. ພົບວ່າການເພີ່ມສ່ວນປະກອບ Sb ສາມາດບັນລຸຄວາມຍາວຄື້ນຕັດທີ່ຍາວກວ່າໂດຍບໍ່ເພີ່ມຄວາມໜາຂອງໄລຍະເວລາດຽວຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສ່ວນປະກອບ Sb ທີ່ຫຼາຍເກີນໄປອາດຈະນຳໄປສູ່ການແຍກຕົວຂອງອົງປະກອບ Sb.

ດັ່ງນັ້ນ, InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL ທີ່ມີກຸ່ມ Sb 0.5 ໄດ້ຖືກເລືອກເປັນຊັ້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງ APDເຄື່ອງກວດຈັບແສງ. InAs/InAsSb T2SL ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເຕີບໃຫຍ່ຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ GaSb, ສະນັ້ນບົດບາດຂອງ GaSb ໃນການຄຸ້ມຄອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງຈຳເປັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການພິຈາລະນາ. ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວ, ການບັນລຸຄວາມສົມດຸນຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງກ່ຽວຂ້ອງກັບການປຽບທຽບຄ່າຄົງທີ່ຂອງໂຄງສ້າງໂດຍສະເລ່ຍຂອງໂຄງສ້າງຊັ້ນເທິງສຳລັບໄລຍະເວລາໜຶ່ງກັບຄ່າຄົງທີ່ຂອງໂຄງສ້າງຊັ້ນເທິງ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງແຮງດຶງໃນ InAs ໄດ້ຮັບການຊົດເຊີຍໂດຍຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ບີບອັດທີ່ນຳສະເໜີໂດຍ InAsSb, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຊັ້ນ InAs ໜາກວ່າຊັ້ນ InAsSb. ການສຶກສານີ້ໄດ້ວັດແທກລັກສະນະການຕອບສະໜອງຂອງໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ avalanche, ລວມທັງການຕອບສະໜອງທາງສະເປກຕຣຳ, ກະແສມືດ, ສຽງລົບກວນ, ແລະອື່ນໆ, ແລະຢືນຢັນປະສິດທິພາບຂອງການອອກແບບຊັ້ນ gradient ແບບຂັ້ນໄດ. ຜົນກະທົບຂອງການຄູນຂອງ avalanche ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ avalanche ໄດ້ຖືກວິເຄາະ, ແລະມີຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງປັດໄຈການຄູນ ແລະພະລັງງານແສງຕົກกระทบ, ອຸນຫະພູມ ແລະພາລາມິເຕີອື່ນໆໄດ້ຖືກປຶກສາຫາລື.

ຮູບທີ (A) ແຜນວາດສະແດງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງອິນຟາເຣດຄື້ນຍາວ APD InAs/InAsSb; (B) ແຜນວາດສະແດງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າຢູ່ແຕ່ລະຊັ້ນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD.