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紅外(wai)探(tan)測(ce)技術及器(qi)件在國防、工業、邊海(hai)防、遙感、疫情防控等領域(yu)有(you)著重要(yao)的應用，紅外(wai)探(tan)測(ce)器(qi)的發展方向是小尺寸、輕重量、低功耗(hao)（SWaP規范）。銻化物Ⅱ類(lei)超晶格(T2SL)具有(you)二型能(neng)帶(dai)結構(gou)，俄歇(xie)復合速率(lv)低，波(bo)長覆蓋范圍大（3—30微米），大面(mian)積均勻(yun)性(xing)好，成本低，是滿(man)足SwaP規范的最佳選擇。
由能(neng)源與環(huan)境(jing)(jing)科學學院郝瑞亭教授、物理與電(dian)(dian)子(zi)信息(xi)學院郭杰副教授組成的創(chuang)新團(tuan)隊(dui)自2009年就開展了(le)(le)銻化物紅(hong)(hong)外探(tan)(tan)測(ce)技(ji)術及器(qi)件(jian)的研(yan)(yan)究，經過十(shi)多年的攻(gong)關，取(qu)得了(le)(le)系(xi)列研(yan)(yan)究成果。在(zai)(zai)長(chang)波器(qi)件(jian)方面(mian)，研(yan)(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)與中科院半導體所(suo)(suo)、兵器(qi)集團(tuan)211所(suo)(suo)合作，研(yan)(yan)制出了(le)(le)高性(xing)(xing)能(neng)的 InAs/GaSb Ⅱ類超晶格長(chang)波紅(hong)(hong)外探(tan)(tan)測(ce)器(qi)。為了(le)(le)進行航天應(ying)用(yong)，研(yan)(yan)究團(tuan)隊(dui)對(dui)器(qi)件(jian)進行了(le)(le)高能(neng)電(dian)(dian)子(zi)輻照(zhao)實驗，模(mo)擬器(qi)件(jian)在(zai)(zai)太空環(huan)境(jing)(jing)受高能(neng)電(dian)(dian)子(zi)的照(zhao)射，并(bing)對(dui)輻照(zhao)損(sun)傷(shang)機理和特(te)性(xing)(xing)進行了(le)(le)研(yan)(yan)究，本工作為器(qi)件(jian)的空間(jian)應(ying)用(yong)奠定了(le)(le)基礎。 (Journal of Applied Physics；doi：10.1063/5.0055058)
圖1 InAs/GaSb Ⅱ類超(chao)晶格長波器(qi)件高能(neng)電子輻照對(dui)性能(neng)的(de)影響
雙色(se)(se)紅(hong)(hong)外(wai)探測器具有探測波(bo)(bo)段寬(kuan)、獲取信息豐富、抗干擾等優(you)點，是紅(hong)(hong)外(wai)探測領域(yu)的(de)研究熱(re)點和發展趨勢。基(ji)于此，課題組與中科院半導體所合作研制了(le)中短雙色(se)(se)器件(jian)。利(li)用GaSb和InAs/GaSb T2SL分別作為短波(bo)(bo)、中波(bo)(bo)通(tong)道(dao)，用于吸(xi)收目標在不同波(bo)(bo)段的(de)紅(hong)(hong)外(wai)輻射。相比單一波(bo)(bo)段探測器，雙色(se)(se)器件(jian)大(da)幅度提高了(le)器件(jian)及系統對真偽目標的(de)分辨能力。(Opt. Mater. Express；doi：10.1364/OME.416272)
圖2 中短雙色器(qi)件(jian)的結構(gou)及性能
中(zhong)(zhong)波和長(chang)波InAs/GaSb T2SL紅外探測(ce)器的(de)少(shao)子(zi)壽(shou)命(ming)仍較(jiao)(jiao)短，導致其性能(neng)與理論極限差距較(jiao)(jiao)大(da)。為了(le)解決此問題，我們(men)較(jiao)(jiao)早開展了(le)不含Ga的(de)InAs/InAsSb超晶格(ge)研究，旨在從根(gen)本上(shang)消除與Ga有關的(de)本征缺(que)陷，提高(gao)少(shao)子(zi)壽(shou)命(ming)，降低器件的(de)暗電(dian)流(liu)。我們(men)利用分子(zi)束外延技術（MBE）制(zhi)備(bei)了(le)InAs/InAsSb 中(zhong)(zhong)波紅外探測(ce)材(cai)料，樣(yang)品幾(ji)乎零晶格(ge)失配，材(cai)料質(zhi)量達(da)到(dao)國際一流(liu)水(shui)平。該工(gong)作為航天(tian)遙(yao)感、天(tian)文觀測(ce)等領域(yu)急需的(de)低暗電(dian)流(liu)紅外探測(ce)器的(de)研制(zhi)奠定基礎。
圖(tu)3 InAs/InAsSb 中波超晶格(ge)的X射線衍射譜及(ji)擬合結果
近年來，銻(ti)化(hua)(hua)物(wu)超晶格已經成(cheng)為國(guo)際(ji)上研(yan)發新一(yi)代高性(xing)能紅外探測芯片的重(zhong)要材料體系(xi)。正(zheng)是由于上述技(ji)術(shu)的不斷突破日益凸顯出其在高技(ji)術(shu)領域的重(zhong)大(da)應用價值，使(shi)得銻(ti)化(hua)(hua)物(wu)半(ban)導體技(ji)術(shu)在最近的10 年里迅速成(cheng)長為各(ge)大(da)國(guo)出口管(guan)控的核心技(ji)術(shu)。包括云南師大(da)在內的相關單位(wei)自本世紀(ji)初就(jiu)開展了包括GaSb襯底、材料外延、芯片工(gong)藝等方面的研(yan)究(jiu)，并取得了一(yi)系(xi)列重(zhong)要成(cheng)果，為從源頭(tou)上解決又一(yi)“卡脖子”技(ji)術(shu)提供了有(you)力(li)支撐。
歡迎有志于從事新型光電探(tan)測器件、海洋探(tan)測技(ji)術及裝備研究的(de)碩士生和博士生加(jia)入本(ben)團(tuan)隊。
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