中长波InAsSb红外探测器国内外研究进展_孙常鸿

度可在
0
．
0
＿
1
0 6 ｅＶ
￣
0 4 0 6 ｅＶ
之 间 变 化 对 应 截止 波 长
3
0 5
？
1
丨
．
7 0
其 最小值 出 现 在 约
、
6 5
处
。
可见
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材 料 探测 器 的 室 温 工 作 波 段 正 好 可 以 覆 盖 整 个 中
相比
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
长 波波 段
，
且禁 带
宽 度 随 组 分变 化 不 大
［
1
。
2
国 际 非致 冷
目
Ｉｎ
Ａｓ Ｓ ｂ
Ｉ
探 测 器研 宄现 状
前 国 际上 研 宄
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材料 探 测 器 的 机 构 有 美 国 西 北 大 学
。
ＣＱＤ
、
实验 室
日本
、
、
贝 尔 实 验室
、
、
英 国 兰 彻斯 特 大 学 物 理 系
亚
、
、
法 国 蒙 彼 利埃第 二 大 学 等
，
尽 管 当 时 的 响 应 率不 足
次 系 统地 研 宄 了
，

Ａ ／Ｗ
量子 效 率 也 只 有
（
6
／ 。
？
7
％
［
5
］
。
之后
他们 在 国 际 上 第
（
一
Ｉ
ｎ Ａ ｓ ＾Ｓ ｂｘ
在 整 个组 分 范 围 内
Ｅｇ
0 ＜ｘ ＜
ｌ
）
材料 的 分 子 束 外 延 关系 图和
Ａ／ Ｗ
一
ＭＢ Ｅ） 外 延 生 长和 光学 性 质
Ｊ
．

Ｗｕ

，
Ｊ
．

Ｙ Ｈｅ
．


ａｎ ｄ

Ｎ Ｄａ
．

ｉ
Ｎａ ｔ
ｉ
ｏｎ ａ ｌ

Ｌ ａｂ ｏ ｒ ａｔｏ ｒｙ ｆ ｏｒ

ｎ ｒａｒｅｄ Ｉ ｆ

Ｐｈｙｓ
ｉ
ｃｓ
，

ｎｇｈａ ｉ Ｓｈａ
ｕｔｅ ｏ ｓ ｔｉ ｔ Ｉｎ ｆ
0 0 8 3

ｅ ｃ ｈ ｎｉ ｃ ａｌ Ｐｈｙ Ｔ ｓ ｉｃ ｓ
研究 小 组产 生 了 重
要的影响
年代 至今
。
中 期 的 研 究 代表
：
：
美 国 西 北 大学
Ｃ ｅｎｔ ｅｒ

ｆｏｒ

Ｑ ｕａ ｎｔｕ ｍ Ｄ ｅｖ

ｉ
ｃｅ ｓ
（
ＣＱ Ｄ ） 实 验 室
，
二
十世 纪
9 0
主要 工 作 有
：
（
ｌ
）
＋
ｐ
／
7ｉ
／
ｎ
＋
的 结 构 探 测 器 的 开发
；
2
、
采 用 浸没 技 术 优 化光 学 设计 可
，
3
、
采用 表 面钝 化 技 术
显 著 降 低表面 态数 量 从 而 改 善 探 测 器 性
。
这 些 方 法 的 提 出 为 后 来 探测 器 的 研 制提 供 了 很 大 的 方 便
1
5 7
（
3 ）
在
Ｇ ａ Ａｓ
衬底 上 首 次 实 现 高 晶 格 失 配 的
早 期 的 研 宄 代表
：
美 国 贝 尔 实验 室
（
，
二
1
十 世纪
0 0
）
8 0
年代
：
他 们利 用 液 相 外 延 截 止波 长
°
ＬＰ Ｅ ） 技术在 Ｇ ａＳ ｂ（
，
面 上 生 长成 功 了
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓｂ
0 2
．
材 料 并 成 功 制 成 室温
，
4
．
5
ｆ
ｕｎ
的 背 照 射 光 电 二 极管
丨
非致 冷 型 红 外 探 测 器
阔 的 应用 前 景
容 易 实 现仪器 的 小 型 化
一
大 大 降 低 成本
本 文对 中 长 波
丨
ｎＡ
ｓＳ
ｂ
红外
探 测 器 国 内 和 国 外 的 研 宄 近 况作
。
简要 评述
，
从 而 显 示 出 在 中 长波 红 外 波 段
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材料 广


ＭＷ Ｒ
ｎｄ ＬＷ Ｉ Ｒ ｄ ｅｔｅ ｃｔｏｒ ｓ


ｔ
ｏ
ｅｘ ｈ ｉ ｂｉｔ ａ

ｗｉ ｄ ｅ ｐｒ ｏ ｓ ｐｅ ｃｔ ｆｏ ｒ ｔｈ ｅ ａｐ ｐｌ

ｉ
ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｉ ｓ ｍ ａ ｔｅ ｒ ｉａ ｃ ａｔ


ｌ
．
Ｋ ｅｙｗ ｏ ｒｄ ｓ
：
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
；
ｉ
ｎ ｆｒ ａ ｒｅ ｄ ｄｅｔ ｅｃ ｔｏ ｒ
0
引言
工 作 在 中 长 波 红 外 波 段（ 5
－
1
2 ｎｍ ）
。
的 红 外 探测 器 在 遥感
、
夜视
、
通信
、
工 业 探伤
，
、
资源探
Ｓｂ
测 以 及 医 学 方 面有 广 阔 的 应 用 前 景
ＩＩ Ｉ
－
近 年来
、
，
在 这 个 波 段范 围 内 的 探测 器 研 宄 中

，

Ｃｈ ｉ ｎ ｅｓ ｅ
Ａ ｃ ａｄｅｍｙ

ｏｆ Ｓｃ ｉ ｅｎ ｃｅ ｓ
，

Ｓｈａｎｇｈａ ｉ 2 0
ｉ
，

ＰＲ Ｃｈ

ｉ
ｎａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒａ ｃｔ
：
Ｔ ｈｅ Ｉ Ｉ
Ｉ
－
Ｖ ｔｅｒ ｎａｒ ｙ ａ
ｌ
ｌｌ
ｏｙ Ｉ
ｉ
ｎＡｓ Ｓｂ
ｅｒ ｒ ａ ｒｅ ｄ ｏｐ ｔｏ ｅｌ ｅ ｃｔｒ ｏｎｉ ｃ ｍ ａ ｔ ｉａｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｖｅ ｒ ｔ ａｎｔ ｉ ｎｆ ｙ ｍ ｐｏ ｒ
［
室温下
ｎＡ ｓＳ ｂ
材 料 的 载 流 子 迁移 率 可 比
材 料 的 相 应值 高
个 数量 级
；
2
，
3
］
；
更低 的 制 备 成 本
：
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ 4
材 料 的 成 本 以 及 相 匹 配 的 衬底 材料 成 本 都较
Ｈ ｇＣｄ Ｔｅ 的 低廉
以 及 更 快 的 器件 响 应 速 度
其 截 止 波 长 可 表示 为
：
1
5 6
Ｍ ＾ｎ
根据
ｉ ＝ ）
ｈｃ
／
Ｅ
ｇ
（
ｅＶ ）
＝
ｌ
．
2
￣
ｘ
Ｅ
ｇ
（
— 1
ｅＶ
）


其 常温ห้องสมุดไป่ตู้
叫
，
（
2
）
（
1
）
、
（
2
）
两式
．
，
我们 可 以 看 到
，
，
随着
在
0
－
1
．
0
之 间 变化
．
，
（
3 0 0

Ｋ） 下 的 禁 带 宽
ｘ
＝
、
基的
Ｖ
族 材料 由 于 其 具 有 更 快 的 响 应 速度 为基 础
入其 它
Ｖ
更 高 的 量子 效率
。
较低的室温
Ｓｂ
Ａ ｕｇｅ ｒ
复合 系 数 等
使所制作
，
优 良 特性 而 在 制 作 非 致 冷 探 测 器 方 面 有 很 大 的 优 势 都是 以
Ｉｉ ｉ
目
前制 备
ｉ ｌ ｉｔ
ｙ
．
Ｔ ｈｅ ｖｅ ｒ ｙ ｈ ｇｈ
ｉ
－
ｓ
ｐｅ ｅ
ｄ ｒ ｅｓ
ｐ
ｏｎ ｓｅ ａｎ ｄ ｔ ｈｅ ａｂ

ｙ ｏ ｆ ｏｐｅ ｒ ａｔｉ ｎｇ ａ ｔ ｒ ｏｏ ｍ
，
ｉ ａ ｌ ａ ｌ ｔｅｒ ｉ ａｌ ｎ ａ ｔｅ ｍ ａｔｅ ｒ ｔｅ ｍ ａｔｕｒ ｅ ｍａ ｋｅ Ｉｎ Ａ ｓ Ｓ ｂ ａ ｐ ｏｔｅ ｎｔ ｐｅ ｒ
基材 料 探 测 器 的 基 本 方法
，
Ｓｂ
，
引
ＩＩ Ｉ 、
族 元素
（
，
从 而 显 著 得 降 低材 料 的 禁 带 宽 度
Ｉ
的 探测 器 更 适 宣 于 工 作 在 长 波 红 外 波 段
8
－
1
2
在 这 其 中 尤 以
，
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
研 宄 得更 为 全 面
Ｉ
原 因在 于
Ａｓ
相 比于
Ｔ
主要
，
目
的在 于 提 高
，
Ｄ〇
；
而 上世 纪
一
9 0
年 代 以 后 的 研 宄更 注 重 新型结 构 的 探 测 器
，
结 构更 复杂
探 测 率 和 响 应 速度 都 进 漏 电等 问 题
。
步 提 高 功 能 更 全面
，
而 且 通 过 不 同 结 构 来 减 少 非福 射复 合和 表 面
［
7］
。
这种 结 构 的 优 点 是
，
，
由 于 受 两边 两
个 重 掺杂 带 的 影 响
失进 衬 底 层
，
，
使 得 载流 子 更容 易 被 限 制在 中 间 的 活 化层 中
，
并且 能 够 有 效 阻 止 电 子流 使
降 低 了 扩 散 电 流 提 高 了 光 响 应度
。
。
于 是这种 形 式 的 探 测 器 在 红 外探 测 器 的 研
中长波
Ｉｎ
ＡｓＳ ｂ
红 外 探 测 器 国 内 外研 究 进 展
，
孙常 鸿
（
胡淑红
，
王奇伟
，
中 国 科学 院 上 海 技 术 物 理 研 究 所
、
上海
2 0 0 0 8 3
）
摘要
：
Ｉ
ｎＡ
ｓ Ｓｂ
由 于 其禁 带宽 度 窄
，
电 子 迁 移 率极 高 等优 良 特 性受 到 了 世 界 各 国 的 广 泛 关注
。
对 中 长波红 外 波段 的 探 测 而 言
Ｉ
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材 料 的 探 测 器 在 室 温 下 也 具 有很 高 的 探 测 率
。
，
同时
ｎＡ ｓ Ｓｂ
探测 器 具 有 比
，
Ｈ ｇＣ ｄＴｅ
探 测 器更髙 的 响 应 速 度
，
这 些 优 势 使得
。
Ｉ
ｎ Ａｓ Ｓｂ
探 测 器可 制 成
ｌ
、
Ｂ
ｉ
等 材料 易 于 获 取
而 相 比 于 Ｎ 来说 更利 于 被 引 入
ｎ Ｓｂ
材料中
。
1
Ｉ ｎ Ａｓ Ｓ ｂ
ｎＡ Ｓ ｎＡ ｓ
ｌ
．
材 料特 色
可 以看作 是
Ｉ ＩＩ
－
Ｉ
ｘ
Ｓｂ ｘ Ｓ ｂｘ
Ｖ
ｘ
族 的 伪 二 元 半 导 体材 料
和 温度
Ｔ
2
，
根据
Ｗ
：
ｉ
ｅ ｄｅ ｒ
ｉ
〇
ｃｍ
Ｈｚ
／
Ｗ
［
响 应率 峰 值 达 到
6
］
。
4 8
响 应 速度 可 达 ＜
Ｉ
1
0 ｎ ｓ
的水平
同 时 内 量 子效 率 也 可 达 到
，
4 7

％
4
，
由 于 他们 进 行 了
些关于
ｎ Ａ ｓＳｂ
材料 的 基 本 性 质 的 研 究 因 此 对 后 来 世 界 各 地 的
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
等 人提 出 的 经 验 公 式
1 ［
］
，
Ｉ
．
ｉ
ｘ
禁带 宽 度 与 组 分
ａ Ａ ｘ
Ｉ
Ｔ
之 间 的 关 系 可 表示 为
2

Ｏ
＾
Ｅ
（
ｘ
，
ｒ） ＝ ａ 4
－
－ －
1
1
0 8 7 6 Ｘ＋ 0 7 0Ｘ
． ．
＾

＋
3
．
4 ｘ
ｌ
0
ｘ ｒ（ｌ
－
ｘ）
2

1
0 ＋ｒ


ｉ
（
）
ｉ
ｎ ｅｄ ｎ ｒｅ ｃ ｅｎｔ ｄ ｅ ｃａｄ ｅ ｓ ｄｕｅ ｔ ｏ ｗｈ ｉ ｃｈ ｈ ａｓ ｂ ｅｅ ｎ ｗ ｉ ｄｅ ｙ ｃｏｎ ｃｅ ｒ
ｈｉ ｇｈ ｅ ｅ ｃｔｒ ｏｎ ｍｏ ｂ ｉ
ｌ ｌ ｉｔ
ｔｓ
ｎａ ｒｒ ｏｗ ｅ ｎｅ ｒ ｇｙ ｇ ａｐ ａ ｎｄ ｅ ｘｔ ｒｅ ｍｅ ｌ ｙ
ｌ
究 中 被 广泛 应用 用
Ｇ ａＡ ｓ
（
该 双异 质 结 具 体 结 构 为
，
＋
ｐ
￣
－
Ａ
ｘ
ｌ
〇 〇7
．
ｎ〇
．
9 3
Ｓ ｂ ／7 ｒ
1 ／
－
Ｉ
ｎＡ ｓ 〇 〇 6 Ｓ ｂ〇
．
．
9
ｉ
）
／ｎ
＋
－
Ａ
ｌ
（
）．
〇7
丨
ｎ〇
．
9
3
Ｓｂ
，
作 为 衬底
测 得 室 温 下 探 测 率 ＥＴ
2
8
ｌ
0
ｃｍ
Ｈｚ
2
／
Ｗ
，
量子 效 率 可 达
，
第
一
次得 出 了 禁 带 宽 度
1
随组 分
ｘ
的 变化
Ｅｇ
随 温度 变化 的经 验 公 式
1
并 且 制 得 了 截 止 波长 达
ＥＴ
＝
2
．
5
1
ｆ
ｉ
ｍ
2 ／
的 红 外探 测 器
，
，
室温电
0
．
子 迀 移 率达 到
，
5 0 0 0 ｃ ｍ ／Ｖ ｓ
2
，
其
7 7
Ｋ 下 的 探测率
，
3 ｘ
ｌ
〇
另外
，
。
和
Ｈ ｇＣ ｄＴｅ
，
丨
材 料在 某 些 方 面 显 现 出 独 特 的 优 势
：
具 有 相 对更 高 的
［
稳定性
：
ＨｇＣ ｄ Ｔｅ
：
材料中 高
Ｉ
Ｈｇ
蒸 气 压 导 致 材 料 的 不 稳 定 性 和 不均 匀 性增 加
Ｈ ｇＣ ｄ Ｔｅ
2
］
；
更 高 的 电子
一
空穴 迁 移 率
、
另外
，
在印度
ａ Ａｓ Ｓ ｂ
南非
保加 利
。
波兰
、
比利 时
、
加 拿大
乌 克兰
，
、
以 色 列等 地都 有 关 于
、
Ｉ
材 料或 器 件 方 面 的 研 宄
，
早期 的 研 究 主 要 集 中 在 材 料 生 长 探 测 器 的 探测 率
（
简 单 结 构 的 光导
光 伏探 测 器 的 研 制
4 0
％
。
2
）
提 出 了 几 种 改 进探 测 器 性 能 的 方法
Ｊｉ
：
1
、
调 整 材 料 参 数 可 以 抑 制 非 辐 射 复合 几 率 比
，
如 活 性 层 的 掺 杂 可 有效 减 少 室 温 探 测 器 的 有 效 提 高探 测 器 感 光 面积
能
。
；
Ａ ｕ ｇｅ ｒ
复合
，

ｔｏ
Ｈｇ Ｃ ｄＴｅ
．
Ｉ
ｎ ｔｈｉ ｓ ｐａｐ ｅ ｒ ｗ ｅ ｉｎｔ ｒｏｄｕ ｃｅ ｔ ｈｅ
Ｉ
ａ
ｒｃ ｈ ｆｏｒ Ｉ ｎＡ ｓ Ｓ ｂ ｉｎ ｆｒ ａｒｅ ｄ ｄ ｅｖ ｅ ｌｏ ｐｍ ｅｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｏｍ ｅ ｓｔ ｉ ｃ ａｎ ｄ ｏｖ ｅｒ ｓ ｅａ ｓ ｒ ｅ ｓｅ ａ
关 键词
：
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓｂ
探测器
Ｄ ｅｖ ｅ
ｌ
ｏ ｐ ｍ ｅ ｎｔ ｏｆ Ｃ
．

Ｍ Ｗ ＩＲ
，

ａｎ ｄ ＬＷ Ｉ Ｒ Ｉｎ Ａｓ Ｓ ｂ Ｉ ｎ ｆｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｄ ｅ ｔ ｅｃ ｔｏ ｒｓ

Ｈ
．

Ｓ ｕｎ
Ｓ
．

Ｈ Ｈ ｕ Ｑ Ｗ Ｗａｎ ｇ
．

，

．

．

，