최근 눈사태 광검출기 연구

최신 연구눈사태 광검출기

적외선 탐지 기술은 군사 정찰, 환경 모니터링, 의료 진단 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 기존의 적외선 탐지기는 탐지 감도, 응답 속도 등 성능 면에서 몇 가지 한계를 가지고 있습니다. InAs/InAsSb 2급 초격자(T2SL) 소재는 우수한 광전 특성과 튜닝성을 지니고 있어 장파 적외선(LWIR) 탐지기에 이상적입니다. 장파 적외선 탐지에서 응답 속도가 느린 문제는 오랫동안 우려의 대상이었으며, 이는 전자 기기 응용 분야의 신뢰성을 크게 제한해 왔습니다. 애벌랜치 광검출기(Avalanche Photodetector)는 이러한 문제를 해결하고자 했습니다.APD 광검출기응답 성능은 탁월하지만, 곱셈 연산 시 암전류가 높게 발생하는 문제가 있습니다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 중국전자과기대학교 연구팀은 고성능 2급 초격자(T2SL) 장파 적외선 애벌랜치 광다이오드(APD)를 성공적으로 설계했습니다. 연구팀은 InAs/InAsSb T2SL 흡수층의 낮은 오거 재결합률을 활용하여 암전류를 감소시켰습니다. 동시에, 낮은 유전율(k)을 갖는 AlAsSb를 증폭층으로 사용하여 충분한 이득을 유지하면서 소자 잡음을 억제했습니다. 이 설계는 장파 적외선 검출 기술 발전을 촉진하는 데 유망한 해결책을 제시합니다. 검출기는 계단식 구조를 채택하고 InAs와 InAsSb의 조성비를 조절함으로써 밴드 구조의 부드러운 전이를 달성하고 검출기 성능을 향상시켰습니다. 재료 선택 및 제조 공정 측면에서, 본 연구는 검출기 제작에 사용된 InAs/InAsSb T2SL 재료의 성장 방법과 공정 변수를 자세히 설명합니다. InAs/InAsSb T2SL의 조성과 두께를 결정하는 것은 매우 중요하며, 응력 균형을 달성하기 위해서는 매개변수 조정이 필요합니다. 장파 적외선 검출 맥락에서, InAs/GaSb T2SL과 동일한 차단 파장을 얻으려면 InAs/InAsSb T2SL 단일 주기의 두께를 늘려야 합니다. 그러나 단일 주기의 두께가 증가하면 성장 방향의 흡수 계수가 감소하고 T2SL 내 정공의 유효 질량이 증가합니다. Sb 성분을 첨가하면 단일 주기의 두께를 크게 증가시키지 않고도 더 긴 차단 파장을 얻을 수 있다는 것을 발견했습니다. 하지만 Sb 함량이 과도하면 Sb 원소의 편석이 발생할 수 있습니다.

따라서 Sb 그룹이 0.5인 InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL을 APD의 활성층으로 선택하였다.광검출기InAs/InAsSb T2SL은 주로 GaSb 기판 위에 성장하므로, 변형 관리에서 GaSb의 역할을 고려해야 합니다. 본질적으로 변형 평형을 달성하려면 초격자의 한 주기 평균 격자 상수와 기판의 격자 상수를 비교해야 합니다. 일반적으로 InAs의 인장 변형은 InAsSb에 의해 발생하는 압축 변형에 의해 상쇄되어 InAs 층이 InAsSb 층보다 두꺼워집니다. 본 연구에서는 스펙트럼 응답, 암전류, 잡음 등을 포함한 애벌랜치 광검출기의 광전 응답 특성을 측정하고, 계단형 경사층 설계의 효과를 검증했습니다. 또한 애벌랜치 광검출기의 애벌랜치 증폭 효과를 분석하고, 증폭 계수와 입사광 출력, 온도 및 기타 매개변수 간의 관계를 논의했습니다.

그림 (A) InAs/InAsSb 장파 적외선 APD 광검출기의 개략도; (B) APD 광검출기의 각 층에서의 전기장 개략도.