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凯发官网入口首页 超晶格红外探测器

2022-08-11 16:23:15

超晶格的概念是在1977年由Esaki L和Tsu R提出的,其是由两种或者两种以上的半导体材料周期性结构组成的。结构与量子阱结构类似,不同之处在于超晶格的势阱和势垒层都非常薄,约为几个单分子层厚度(对于中波探测材料,约2~3nm)。

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按构成超晶格的两种材料能带配制情况,超晶格可以分为三类,以GaAs/GaxAl1-xAs为代表的第一类超晶格,以InAs/GaSb为代表的第二类超晶格和以HgTe/CdTe为代表的第三类超晶格等。Ⅱ类超晶格红外探测器具有非常特殊的能带结构,其空穴势阱位置高于电子势阱,电子和空穴分别被限制在不同的材料层。

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Ⅱ类超晶格红外探测材料的独特的“破带隙”能带结构使得其具有很多优点:量子效率高,响应时间快,暗电流小;隧穿电流小,在甚长波可获得高的探测;电子有效质量大,在长波范围约为碲镉汞的三倍;带隙可调,光谱调节能力好,响应波长从3μm到30μm可调;双色Ⅱ类超晶格器件全部外延层的厚度不到双色碲镉汞器件的三分之一,这给材料生长和器件工艺带来许多便利,大面积材料均匀性好、成本低。以上优点使得在长波以及甚长波范围Ⅱ类凯发官网入口首页 超晶格红外探测器能够实现更高的器件性能和工作温度。

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二类超晶格于1987年Smith和Mailhiot首次提出, InAs/GaSb的独特物理性质可以实现高性能的红外探测器。经过30多年的发展,利用InAs/GaSb二类超晶格材料实现的大面积双色高性能红外探测器已经问世。在红外热成像理论和实验两方面,Ⅱ类超晶格都显示了其优越的器件性能,作为新一代光电材料和器件,具有巨大的发展潜力和应用前景。

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