Vulkanisasi Anodik Berkinerja Tinggi-Pretreated P+–π–M–N+ InAs/GaSb Detektor Inframerah Panjang Gelombang Panjang Superlattice
Abstrak
Detektor inframerah superlattice InAs/GaSb telah dikembangkan dengan upaya yang luar biasa. Namun, kinerjanya, terutama detektor inframerah panjang gelombang panjang (LWIR), masih dibatasi oleh kinerja listrik dan efisiensi kuantum optik (QE). Memaksa wilayah aktif menjadi p -mengetik melalui doping yang tepat dapat sangat meningkatkan QE, dan teknik gating dapat digunakan untuk sangat meningkatkan kinerja listrik. Namun, tegangan bias saturasi terlalu tinggi. Mengurangi tegangan bias saturasi memiliki prospek yang luas untuk aplikasi perangkat kontrol tegangan gerbang di masa depan. Dalam makalah ini, kami melaporkan bahwa gerbang P
+
–π –M–T
+
Detektor inframerah panjang gelombang panjang superlattice InAs/GaSb menunjukkan tingkat doping wilayah yang berbeda yang memiliki bias saturasi minimum yang berkurang pada 10 V dengan SiO 200 nm2 lapisan setelah pretreatment vulkanisasi anodik yang sederhana dan efektif. Tegangan bias gerbang saturasi jauh lebih rendah dari − 40 V yang dilaporkan dengan ketebalan yang sama dari 200 nm SiO2 lapisan pasif dan struktur serupa. Karakterisasi optik dan listrik menunjukkan bahwa kinerja listrik dan optik perangkat akan melemah oleh konsentrasi doping yang berlebihan. Pada 77 K, panjang gelombang cutoff 50% perangkat adalah sekitar 8 µm, panjang gelombang cutoff 100% adalah 10 µm, efisiensi kuantum maksimum adalah 62,4%, responsivitas maksimum adalah 2,26 A/W pada 5 µm, dan maksimum RA perangkat adalah 1259,4 Ω cm
2
. Selain itu, deteksi spesifik detektor yang didoping Be 780 °C tanpa elektroda gerbang menunjukkan puncak 5,6 × 10
10
cm Hz
1/2
/W pada 5 µm dengan tegangan bias balik 70-mv, yang lebih dari tiga kali lipat dari detektor yang didoping Be 820 °C. Selain itu, deteksi spesifik puncak dapat ditingkatkan lebih lanjut menjadi 1,3 × 10
11
cm Hz
1/2
/W pada 5 µm dengan tegangan bias cadangan 10-mv yang memiliki bias 10 V pada elektroda gerbang.
Pengantar
Strained-layer superlattices (T2SLs) tipe-II semakin menjadi fokus penelitian saat ini sejak Sai-Halasz et al. [1] mengusulkan konsepsinya. Detektor inframerah berkinerja tinggi dapat dihasilkan dengan merancang struktur pita dan regangan T2SL secara hati-hati [2]. Superlattice InAs/GaSb, anggota T2SL yang dipelajari dengan baik, adalah sistem material yang sangat baik yang menunjukkan prospek luas dalam detektor inframerah [3]. Detektor inframerah superlattice InAs/GaSb telah dikembangkan dengan upaya yang luar biasa. Namun, kinerjanya, terutama detektor inframerah panjang gelombang panjang (LWIR), masih dibatasi oleh kinerja listrik dan efisiensi kuantum optik (QE) [4]. Suhu lingkungan yang sesuai (berbasis tanah) dari detektor LWIR adalah sekitar 300 K, yang sesuai dengan panjang gelombang puncak 9,6 m (pusat jendela transmisi atmosfer LWIR) dan memiliki berbagai aplikasi [5]. Ini banyak digunakan di berbagai bidang seperti deteksi gas, penglihatan malam, peringatan dini inframerah, penginderaan jauh inframerah, dan bimbingan inframerah, tidak hanya untuk penggunaan militer tetapi juga untuk kehidupan masyarakat. Sangatlah berarti dan menantang untuk membuat detektor inframerah gelombang panjang berkinerja tinggi.
Desain struktural dan persiapan proses detektor memiliki dampak yang signifikan terhadap kinerja detektor LWIR. Meningkatkan ketebalan daerah aktif tampaknya menjadi cara yang paling langsung dan efektif untuk meningkatkan QE. Namun, lebih banyak pusat perangkap diperkenalkan seiring dengan peningkatan ketebalan, yang mengarah pada pengurangan karakteristik listrik detektor. Pada LWIR dan very long-wavelength infrared detector (VLWIR), lapisan InAs cenderung lebih tebal daripada lapisan GaSb. Jadi, materinya adalah n -type (pembawa minoritas adalah lubang). Memaksa wilayah aktif menjadi p -ketik melalui doping yang tepat dapat sangat meningkatkan QE tanpa perubahan ukuran wilayah perangkat [6]. Namun, bukan semakin tinggi konsentrasi doping, semakin meningkat kinerja perangkatnya. Khususnya, kelistrikan [7] dan kinerja optik perangkat dapat dilemahkan oleh konsentrasi doping yang berlebihan.
Selain mengubah konsentrasi doping di π wilayah, teknik gating telah diterapkan di detektor inframerah panjang gelombang menengah (MWIR) dan detektor LWIR [8] baru-baru ini untuk meningkatkan kinerja perangkat. Namun, ini membutuhkan tegangan bias gerbang yang sangat tinggi. Bias gerbang dapat dinyatakan dengan Persamaan. (1).
$$\sigma =\varepsilon \varepsilon_{0} V/d,$$ (1)
di mana \(\varepsilon\) menunjukkan konstanta dielektrik relatif dari lapisan dielektrik, \(\varepsilon_{0}\) menyatakan konstanta dielektrik vakum, V mengacu pada tegangan bias gerbang saturasi, d adalah ketebalan lapisan dielektrik, dan σ singkatan dari kerapatan muatan pada antarmuka. Bias gerbang telah dilemahkan berdasarkan rumus dengan susah payah; cara menggunakan dielektrik k tinggi seperti Y2 O3 [9] untuk pasif atau mengurangi ketebalan lapisan [10] efektif. Namun, ada sedikit penelitian yang mengurangi kerapatan muatan. Dalam makalah ini, anodisasi pertama kali dilakukan untuk mengurangi bias saturasi secara signifikan. Campuran NaS2 ·5H2 O dan etilen glikol digunakan sebagai larutan vulkanisir. Selama proses pengawetan anodik, kombinasi atom belerang dan ikatan yang menjuntai pada permukaan perangkat menutup saluran konduktif pada permukaan perangkat [11], mengurangi rekombinasi permukaan perangkat, dan melemahkan kerapatan muatan permukaan perangkat. perangkat. Kemudian, lapisan belerang unsur padat dan seragam pada permukaan perangkat diperoleh. Selanjutnya, permukaan lapisan unsur belerang ditutupi dengan lapisan 200-nm SiO2 . Elektroda gerbang ditempatkan pada SiO2 lapisan. Tegangan bias gerbang saturasi berkurang karena kerapatan muatan pada antarmuka berkurang.
Dalam penelitian ini, vulkanisasi anodik-pretreated LWIR P
+
–π –M–T
+
detektor diproduksi di bawah tegangan bias gerbang saturasi rendah berdasarkan T2SL InAs/GaSb dengan doping yang berbeda π daerah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi doping, semakin meningkat kinerja perangkat. Secara khusus, kinerja listrik dan optik perangkat akan dilemahkan oleh konsentrasi doping yang berlebihan. Selain itu, pra-perlakuan vulkanisasi anodik dapat secara signifikan mengurangi bias gerbang pada 10 V yang jauh lebih rendah daripada yang dilaporkan pada ketebalan yang sama dari 200-nm SiO2 lapisan pasif dengan sekitar 40 V dalam struktur serupa.
Metode
Bahan dan Struktur
Material diproduksi oleh sistem GEN 20 MBE solid source pada n . 2 inci -jenis substrat GaSb (001). Dalam pekerjaan ini, detektor LWIR berkinerja tinggi didasarkan pada P
+
–π –M–T
+
struktur. Skema perangkat, pola difraksi sinar-X (HRXRD) resolusi tinggi, dan mikroskop gaya atom (AFM) diilustrasikan pada Gambar. 1 dan 2. Gambar 1 menunjukkan bahwa struktur terdiri dari P
+
setebal 1300 nm. Buffer GaSb, diikuti oleh 8-ML InAs/12-ML GaSb setebal 500 nm (Jadi:sekitar 1 × 10
18
cm
−3
)P
+
wilayah, 2000-nm sedikit doping P 12-ML InAs (Be:780 °C 800 °C 820 °C)/7-ML GaSb π region, region 18-ML InAs/3-ML GaSb/5-ML AlSb/3-ML GaSb M-region 500 nm, InAs 18-ML setebal 500 nm/3-ML GaSb/5-ML AlSb /3-ML GaSb (Si:sekitar 1 × 10
18
cm
−3
) N
+
wilayah, dan 30-nm N
+
InAs Cap lapisan. Dan juga menunjukkan keselarasan pita simulasi dengan struktur. Mengingat bahwa kinerja P
+
–π –M–T
+
Detektor LWIR akan sangat dipengaruhi oleh doping π wilayah, kami menyiapkan tiga sampel dengan suhu doping Be berbeda yang bervariasi dari 780 hingga 820 °C.
Struktur epitaxial dan keselarasan pita bahan dengan tingkat doping wilayah yang berbeda
Kurva goyang HRXRD untuk sampel dengan tingkat doping wilayah yang berbeda
Periode superlattice 59,3 , 58.4 , dan 89,5 untuk p -kontak, p -wilayah aktif, dan lapisan struktur-M, dengan ketidaksesuaian kisi 60 detik busur, 0 detik busur, dan 0 detik busur, secara bersamaan, ditunjukkan pada Gambar 2. Lebar penuh pada setengah maksimum untuk SL di setiap wilayah adalah 32 detik busur, 25 detik busur, dan 12 detik busur, menunjukkan bahwa material memiliki kualitas tinggi pada antarmuka.
Gambar 3 menunjukkan bahwa langkah-langkah atomik muncul dengan kekasaran akar rata-rata kuadrat (RMS) dengan 1,87 di atas area 10 × 10 m.
AFM 10 × 10 m
2
luas sampel
Struktur dan Fabrikasi Perangkat
Prosesnya mirip dengan yang di Referensi [12]. Pertama, wafer ditutup dengan SiO2 sebagai topeng hark. Kemudian, langkah-langkah litografi standar yang sesuai diadopsi. Kemudian dilakukan hard mask open dengan sistem Inductively Coupled Plasma (ICP). Selanjutnya, mesa diperoleh dengan menggunakan sistem plasma berpasangan induktif (ICP) dengan CH4 /Cl2 /Ar campuran. Secara khusus, wafer terukir dari lapisan atas ke P
+
hubungi [12]. Setelah itu, sisa SiO2 lapisan dihapus. Kemudian, kami merendam satu sisi wafer dalam larutan campuran natrium sulfida dan etilen glikol dan kemudian menerapkan arus konstan ke wafer dan menetapkan tegangan ambang batas. Lapisan atom belerang akan terbentuk pada permukaan film, dan resistansi akan berubah. Tegangan pada wafer secara bertahap akan meningkat hingga mencapai tegangan ambang batas, dan kemudian, vulkanisasi selesai. Kemudian, lapisan unsur belerang ditutupi dengan lapisan 200-nm SiO2 . Selain itu dilakukan fotolitografi kembali untuk membuka jendela melalui lapisan SiO2 dan unsur belerang sebagai daerah kontak logam dari elektroda logam atas dan bawah. Selain itu, fotolitografi lain yang dirancang dengan dua bentuk elektroda dilakukan; satu bentuk elektroda adalah untuk dioda yang terjaga keamanannya (GD) dan yang lainnya adalah untuk dioda yang tidak terpasang (UGD). Ti (50 nm)/Pt (50 nm)/Au (300 nm) diendapkan oleh berkas elektron yang diendapkan untuk elektroda logam. Akhirnya, elektroda atas, bawah, dan gerbang diperoleh dengan pengangkatan logam.
Gambar 4 mengilustrasikan struktur GD. Seperti yang kita ketahui, sudut kemiringan bahan etsa dapat disesuaikan dengan mengubah daya ICP, daya RF, aliran gas, dan tekanan ruang. Dalam penelitian ini, sudut kemiringan dinding samping yang sebenarnya adalah antara 80 derajat dan 85° untuk memudahkan kontak gerbang deposit pada dinding samping. Elektroda gerbang ditempatkan di dinding samping SiO2 lapisan.
Diagram struktur perangkat GD
Gambar 5 menunjukkan bahwa setengah dioda diendapkan menjadi GD dalam tiga dies (780 °C, 800 °C, dan 820 °C Be doping). Kemudian, baik gated diode (GD) dan ungated diode (UGD) dapat diperoleh. Terakhir, sampel A (780 °C GD), sampel B (780 °C GD), sampel C (800 °C GD), sampel D (800 °C GD), sampel E (820 °C GD), dan sampel F (820 °C UGD) dapat diperoleh.
Gambar perangkat di bawah mikroskop optik
Hasil dan Diskusi
Dalam detektor inframerah, deteksi spesifik (D *) biasanya digunakan untuk mengkarakterisasi kinerja detektor, yang dihitung dengan Persamaan. (2).
dimana q menunjukkan jumlah muatan elektronik; K mengacu pada konstanta Boltzmann; T adalah suhu Kelvin; Ri mengacu pada responsivitas detektor inframerah; J adalah kerapatan arus gelap perangkat di bawah bias tertentu; dan RA mengacu pada produk dari nilai resistansi dan area mati. J dan RA mencirikan kinerja listrik perangkat. Dan Ri dapat diubah menjadi QE dengan rumus:
$$QE =\frac{hC}{{q\lambda }}Ri$$ (3)
di mana \(h\) adalah konstanta Planck, \({ }C\) adalah kecepatan cahaya, q menunjukkan jumlah muatan elektronik, \({ }\lambda\) adalah panjang gelombang spesifik, dan QE dan Ri mencirikan kinerja optik perangkat. Gambar 6 menunjukkan karakteristik optik sampel dengan π . yang berbeda tingkat doping wilayah pada 77 K. Semua sampel memiliki panjang gelombang cutoff 50% yang serupa dari 8 m dan panjang gelombang cutoff 100% 10 m pada 77 K. Meskipun QE dan responsivitas perangkat dapat ditingkatkan dengan mengubah jenis doping menjadi p -jenis π wilayah, bukan semakin tinggi suhu, semakin tinggi QE dan responsivitas. Namun, QE dan responsivitas berkurang secara signifikan dengan peningkatan konsentrasi doping. Untuk superlattices lapisan regangan tipe II (T2SLs), suhu doping selama pertumbuhan sangat penting untuk konsentrasi doping. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi konsentrasi doping. QE 780 °C mencapai nilai maksimum 62,4%, yang 1,5 kali lebih besar dari QE 820 °C. Itu karena terlalu banyak pengotor yang dimasukkan dengan peningkatan konsentrasi doping, yang menyebabkan penurunan masa pakai/panjang difusi pembawa berlebih dan pengurangan QE dan responsivitas [6]. Mereka, selanjutnya, menyebabkan pergeseran merah spektroskopi pada Gambar. 6a. Gambar 6a dan b menunjukkan bahwa 780 °C adalah suhu doping terbaik bahan untuk karakterisasi optik, dengan responsivitas puncak 2,26 A/W pada 5 m dan puncak QE 62,4%.
Karakteristik optik sampel dengan tingkat doping wilayah yang berbeda pada 77 K
Gambar 7 menampilkan karakteristik kelistrikan sampel UGD dengan π . yang berbeda tingkat doping wilayah pada 77 K. Kinerja listrik perangkat akan sangat dipengaruhi oleh π yang berbeda konsentrasi doping wilayah [7]. Dengan meningkatnya level doping wilayah , hasil perkalian antara nilai resistansi dan die area (RA) pada bias tertentu menjadi lebih kecil, dan rapat arus gelap menjadi lebih besar. Mirip dengan Referensi [6], RA mencapai maksimum pada hampir 0 V dengan kerusakan lunak saat bias balik meningkat, menunjukkan bahwa perangkat memiliki mode arus gelap tunneling. Kami mencapai maksimum RA 1259,4 cm
2
dengan Be didoping 780 °C pada 200 mv yang hampir 40 kali lipat dari Be yang didoping dengan 820 °C. Gambar 7b mengilustrasikan bahwa rapat arus gelap serupa pada bias negatif pada kisaran 0,1 hingga 0 V, dan rapat arus gelap dengan Be yang didoping dengan 780 °C sedikit lebih kecil dibandingkan dengan yang lain. Arus gelap adalah 4,9 × 10
−3
A/cm
2
untuk perangkat dengan Doping 780 °C pada 70 mv.
Karakteristik listrik dari sampel UGD dengan π . yang berbeda tingkat doping wilayah di 77 K
D . yang sesuai * dapat dihitung dengan mengambil Ri spesifik, J , dan nilai RA di bawah tegangan bias yang berbeda pada 77 K. Gambar 8 menunjukkan deteksi sampel UGD dengan π yang berbeda daerah. Pada 30 mv, deteksi puncaknya adalah 5,6 × 10
10
cm Hz
1/2
/W pada 5 m dengan Be didoping dengan 780 °C, sedangkan 3,8 × 10
10
cm Hz
1/2
/W dengan Be didoping dengan 820 °C. Deteksi puncak Be yang didoping dengan 780 °C adalah 1,5 kali lipat dari Be yang didoping dengan 820 °C. Oleh karena itu, konsentrasi doping yang tepat sangat signifikan. Namun, konsentrasi doping yang terlalu tinggi akan melemahkan kinerja perangkat.
Korelasi antara deteksi spesifik pada 77 K sampel UGD dengan π tingkat dan panjang gelombang doping wilayah
Gambar 9 menyajikan karakteristik listrik sampel GD dengan doping Be dengan 760 °C pada 77 K. Berbeda dari perangkat kontrol tegangan gerbang biasa, praperlakuan vulkanisasi anodik pertama kali dilakukan dalam penelitian ini untuk sangat mengurangi tegangan bias gerbang saturasi. Selain itu, campuran NaS2 ·5H2 O dan etilen glikol digunakan sebagai larutan vulkanisir. Metode pasivasi vulkanisasi anoda digunakan untuk membentuk lapisan belerang unsur padat dan seragam pada permukaan perangkat. Selama reaksi elektrokimia, atom belerang digabungkan dengan ikatan yang menggantung pada permukaan perangkat, berkontribusi untuk menutup saluran elektronik yang dihasilkan oleh ikatan yang menggantung di permukaan dan mengisolasi mekanisme rekombinasi lubang elektron permukaan perangkat [11]. Kemudian, permukaan lapisan unsur belerang ditutupi dengan lapisan pelindung 200-nm SiO2 , dan elektroda gerbang ditempatkan pada dinding samping SiO2 lapisan. Seperti yang dilaporkan dalam penelitian sebelumnya, korelasi antara bias saturasi dan ketebalan lapisan dielektrik perangkat hampir linier. Gambar 9 menunjukkan bahwa bias saturasi perangkat dapat dikurangi pada sekitar 10 V melalui perlakuan awal vulkanisasi yang sederhana dan efektif; nilai pengurangan ini dalam penelitian lain adalah sekitar 40 V dan empat kali lebih besar pada perangkat dengan struktur serupa dengan ketebalan yang sama SiO2 lapisan [10]. Selain itu, RA mencapai maksimum 25 cm
2
di dekat 0 V. Tren penurunan telah melambat secara signifikan ketika kami menerapkan tegangan bias negatif sekitar 10 V. Ketika kami menerapkan tegangan bias 10 V pada elektroda gerbang, RA adalah 10 cm
2
pada 0,3 V, yaitu 40 kali lipat di bawah tegangan bias yang tidak diterapkan. Selain itu, hampir dua kali lipat lebih rendah daripada tegangan tanpa bias pada 0,6 V. Gambar 9b menunjukkan bahwa arus gelap mencapai minimum 2 × 10
–4
A/cm
2
dekat 0 V, dan dikurangi dengan urutan besarnya pada 0.3 V. Seperti yang kita ketahui, kurva IV tidak akan berubah dengan bias gerbang pada 0 V ketika tegangan bias positif. Selain itu, RA perangkat meningkat secara signifikan ketika tegangan bias meningkat dari 0 hingga 10 V; sementara itu, arus gelap perangkat juga berkurang. Ketika tegangan bias bervariasi dari 10 hingga 20 V, RA perangkat sedikit berkurang, dan arus gelap perangkat meningkat secara bersamaan. Pada bias cadangan tinggi (misalnya, 1 V) antara elektroda atas dan bawah, arus gelap berkurang dengan bias gerbang dan kemudian meningkat sedikit melampaui 12 V. Hal ini terutama untuk karakteristik bias gerbang. Pengenalan lebih lanjut ditunjukkan pada Gambar. 10. Untuk bias balik rendah (misalnya, 0,1 V), arus gelap tampaknya meningkat ketika bias gerbang meningkat, yang benar-benar berbeda dari pada 1 V. Untuk bias balik yang berbeda, kami menduga bahwa mekanisme kebocoran utama berbeda. Untuk bias cadangan rendah, bias gerbang tinggi menunjukkan pengaruh negatif karena mempengaruhi hamburan permukaan elektron dan elektron panas. Dan untuk bias balik yang tinggi, kebocoran berkurang karena arus bocor permukaannya berkurang. Jadi berbeda.
Karakteristik kelistrikan sampel GD dengan suhu 780 °C Didoping dengan tegangan bias gerbang yang berbeda dan tegangan bias pada elektroda atas dan bawah
Korelasi antara rapat arus gelap terbalik dan bias gerbang sampel GD dengan 780 °C Didoping pada bias operasi dioda yang berbeda
Seperti diilustrasikan pada Gambar. 10, pada bias cadangan tinggi (misalnya, 1 V) antara elektroda atas dan bawah arus gelap berkurang dengan bias gerbang dan kemudian meningkat sedikit di luar 12 V; kita dapat melihat perangkat ada dalam tiga tahap dengan perubahan tegangan bias pada 77 K [10]. Menurut Referensi [13], P
+
dan N
+
wilayah untuk P
+
–π–M–N
+
perangkat struktur banyak didoping, dan wilayah M adalah wilayah pita lager dengan massa efektif yang lebih besar dibandingkan dengan π dan P
+
wilayah; oleh karena itu, bias gerbang memiliki pengaruh yang lebih besar pada π wilayah dibandingkan dengan yang lain [13]. Menggunakan metode yang sama dengan Chen [10], tiga tahap selama proses tegangan bias negatif tinggi (− 20 hingga 10 V) yang diterapkan pada elektroda gerbang dianalisis; hasil menunjukkan bahwa dinding samping mesa dalam kondisi datar atau di bawah akumulasi [8], dan rapat arus gelap sedikit meningkat dengan bias gerbang karena antarmuka vulkanisasi. Tersangka untuk antarmuka vulkanisasi sedikit ketidakhomogenan kepadatan, di suatu tempat kepadatan tidak cukup sedikit rusak. Ketika tegangan bias negatif (− 10 hingga 2 V) diterapkan, dinding samping mesa mengalami penipisan, dan arus gelap meningkat dengan lancar. Selain itu, lebar penipisan yang diinduksi medan mencapai maksimum dan pembentukan lapisan inversi ketika tegangan bias pada 2 V diterapkan pada bias gerbang positif; dengan demikian, kerapatan arus gelap tetap konstan. Menurut Referensi [14], dijelaskan mengapa arus generasi-rekombinasi (G–R) permukaan pada 0,5 V lebih besar daripada di 0,3 V.
Gambar 11 menunjukkan bahwa, dengan bias gerbang pada 10 V, D * untuk sampel GD dengan doping 780 °C mencapai deteksi puncaknya 1,3 × 10
11
cm Hz
1/2
/W pada 5 m, yang lebih dari dua kali di bawah tegangan tidak bias dengan 780 °C Didoping dan lebih dari tiga kali di bawah tegangan tidak bias dengan 820 °C Didoping pada 77 K. Ini menunjukkan bahwa menerapkan bias negatif yang sesuai dapat meningkatkan kinerja perangkat secara signifikan.
Korelasi antara pendeteksian sampel GD dengan doping 780 °C dan sampel UGD dengan tingkat doping wilayah yang berbeda dan panjang gelombang pada 77 K
Kesimpulan
2017 Northwestern University melaporkan fotodetektor nBn inframerah panjang gelombang panjang (LWIR) berdasarkan InAs/InAs1−x Sbx superlattices tipe-II. Perangkat menunjukkan panjang gelombang cutoff 10 m pada 77 K dengan responsivitas puncak 2,65 A/W, sesuai dengan efisiensi kuantum 43% dan RA 664 cm
2
dan rapat arus gelap 8 × 10
5
A/cm
2
, di bawah tegangan bias 80 mV pada 77 K; fotodetektor menunjukkan deteksi spesifik 4,72 × 10
11
cm Hz
1/2
/W [5]. Responsivitas puncak perangkat ini adalah 1,3 × 10
11
cm Hz
1/2
/W pada 5 m dan 0 V dengan tegangan bias gerbang − 10 V yang sebanding dengan perangkat nBn. Namun titik lemahnya adalah keseragaman RA perangkat yang memengaruhi kinerja perangkat.
Kesimpulannya, memaksa wilayah aktif menjadi p -ketik melalui doping di π region dapat secara efektif meningkatkan kinerja untuk LWIR InAs/GaSb superlattice P
+
–π –M–T
+
detektor [6]. Namun, bukan semakin tinggi konsentrasi doping, semakin meningkat kinerja perangkatnya. Khususnya, kinerja listrik dan optik perangkat dapat dikurangi dengan konsentrasi doping yang berlebihan. Karakterisasi optik pada 77 K menunjukkan bahwa kami memperoleh QE maksimum 62,4% pada 4,26 m dan maksimum 2,26 A/W pada 5 m dengan doping Be 780 °C. Karakterisasi kelistrikan menunjukkan bahwa RA maksimum 1259,4 cm
2
dengan Be didoping dengan 780 °C diperoleh. Deteksi spesifik mencapai maksimum 5,6 × 10
10
cm Hz
1/2
/W pada 5 m dengan Be doping dengan 780 °C. Selain itu, bias saturasi perangkat dapat dikurangi secara dramatis melalui perlakuan awal vulkanisasi anodik yang sederhana dan efektif. Pretreatment vulkanisasi menunjukkan potensinya untuk mengurangi tegangan bias gerbang. Karakterisasi kelistrikan menggambarkan bahwa bias saturasi hanya 10 V, sedangkan pada penelitian lain sebesar 40 V tanpa pretreatment vulkanisasi pada struktur serupa dengan ketebalan SiO yang sama2 lapisan. Selanjutnya, kinerja perangkat dapat ditingkatkan secara signifikan dengan menerapkan bias negatif yang tepat pada elektroda gerbang. Maksimum 1,3 × 10
11
cm Hz
1/2
/W dicapai pada 5 m dan 0 V dengan tegangan bias gerbang − 10 V dengan doping Be 780 °C pada 77 K. Dibatasi oleh peralatan eksperimental dan kondisi eksperimental, kami memilih SiO2 menjadi lapisan dielektrik, tetapi dalam tindak lanjut, dianggap menggunakan media Hi–K untuk percobaan lebih lanjut. Secara teoritis, tegangan bias gerbang dapat dikurangi lebih lanjut.
Ketersediaan Data dan Materi
Para penulis menyatakan bahwa materi dan data segera tersedia untuk pembaca tanpa kualifikasi yang tidak semestinya untuk perjanjian transfer materi. Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama studi ini disertakan dalam artikel ini.
Singkatan
LWIR:
Detektor inframerah panjang gelombang panjang
QE:
Efisiensi kuantum
T2SL:
Superlattice lapisan regangan Tipe-II
VLWIR:
Detektor inframerah dengan panjang gelombang yang sangat panjang
