中长波InAsSb红外探测器国内外研究进展_孙常鸿

势垒型InAs-InAsSbⅡ类超晶格红外探测器探究进展(特邀)摘要：势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器是一种应用于红外成像以及红外光谱仪等领域的光电传感器。

本文对势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的探究进展进行了综述。

起首，介绍了InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构和电子能带结构特性。

然后，阐述了势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的工作原理。

接着，总结了近年来在材料生长、器件结构设计、性能优化等方面的探究进展。

最后，对将来势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的进步趋势进行展望。

关键词：势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格，红外探测器，生长技术，器件结构，性能优化引言红外探测技术在军事、安防、工业监控、医学诊断等领域起着重要作用。

随着红外探测技术的进步，越来越多的探究者们关注于提高红外探测器的灵敏度、响应速度和工作温度等性能指标。

势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器由于其具有优异的电学和光学性能，在红外探测领域受到了广泛的关注。

1. InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构和电子能带结构特性InAs/InAsSbⅡ类超晶格由InAs和InAsSb两种材料的周期性堆叠组成。

InAs是一种广泛应用于红外探测器领域的半导体材料，而InAsSb是一种锑化物化合物半导体，通过在InAs基底上引入少许的锑原子进行调控。

势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构如图1所示。

势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格的电子能带结构特性主要体此刻带隙、能带边沿、质量相对论效应等方面。

由于在超晶格结构中引入了InAs和InAsSb两种材料的周期性堆叠，使得电子在二者之间发生跃迁时，会产生更大的能隙，从而能够有效提高探测器的宽带响应能力。

此外，势垒型I nAs/InAsSbⅡ类超晶格还可以通过调控材料的参数实现对带隙的调整，使得其能够适应不同波段的红外光信号探测。

〈综述与评论〉第三代红外探测器的发展与选择史衍丽1,2（1.昆明物理研究所，云南昆明 650023；2.微光夜视技术重点实验室，陕西西安 710065）摘要：随着军事应用对高性能、低成本红外技术的需求，红外探测器像元数目从少于100元的一代发展到10万元中等规模的二代，到百万像素的三代，何谓第三代？在众多的材料和器件中，可作为第三代红外探测器的材料以及器件有哪些？在红外探测器技术飞速发展的今天，我们该作如何的选择？结合以上问题，对当前国际上作为第三代红外探测器选择的碲镉汞、量子阱以及Ⅱ类超晶格探测器材料、器件进行了分析，总结了第三代红外探测器的特征，为国内第三代红外探测器的发展提供选择与参考。

关键词：第三代红外探测器；碲镉汞；量子阱；Ⅱ类超晶格中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2013)01-0001-08 Choice and Development of the Third-Generation Infrared DetectorsSHI Yan-li1,2（1.Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;2.Science and Technology on Low-light-level Night Vision Laboratory, Xi’an 710065, China）Abstract：With the requirement of military application and development of the infrared detectors toward high performance and low cost, infrared detectors continuously develop from the first generation with low density pixel number below 100 to second generation with middle number of pixel about 100 000 till to third Generation with megapixel number. What is the third generation infrared detector? How to choose the device and material as the third generation infrared detector? HgCdTe, quantum well infrared detectors and type-II superlattices infrared detectors have been thought as third generation infrared detectors in the world, the corresponding materials and devices were discussed in order to understand the characterization of the three kinds detectors, the aim is to advance the development of our third generation infrared technology.Key words：third generation infrared detectors，HgCdTe，QWIPs，type-Ⅱ superlattices0引言红外探测器技术是红外技术的核心，红外探测器的发展引领也制约着红外技术的发展。

短波红外InGaAs探测器功能简析红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75,1000μm之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。

目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。

一般使用者对红外线的分类为(1)近红外(NIR, IR-A DIN):波长在0.75,1.4μm;(2)短波红外(SWIR, IR-B DIN):波长在1.4,3μm;(3)中波红外(MWIR, IR-C DIN):波长在3,8μm;(4)长波红外(LWIR, IR-C DIN):波长在8,15μm;(5)远红外(FIR):波长在15,1000μm。

根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。

空气中的一些气体分子如CO2、H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。

大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个:1,3μm，3,5μm，8,14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。

红外探测器从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。

人们通过不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。

在这些应用中红外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。

理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。

目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。

热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。

高性能的短波红外半导体光电探测器研究共3篇高性能的短波红外半导体光电探测器研究1短波红外半导体光电探测器是一种能够检测0.9-2.5微米范围内的红外辐射的探测器。

该探测器具有响应速度快、信噪比高、灵敏度高等优点，广泛应用于安防监控、无人机导航、夜视设备等领域。

而如何提高短波红外半导体光电探测器的性能一直是研究领域关注的问题。

本文将重点探讨提高短波红外半导体光电探测器性能的关键技术。

1. 半导体材料半导体材料是短波红外半导体光电探测器中最重要的组成部分。

当前广泛使用的半导体材料有InGaAs、HgCdTe、InAs/GaSb等。

其中，HgCdTe是应用最广泛的材料之一，但是其制备成本较高，且需要满足高纯度要求，生长技术限制研究。

因此，研究人员也提出了其他材料的选择。

例如，InAs/GaSb由于其独特的能带结构，具有更好的性能。

通过合适的掺杂可以调节半导体材料的带隙，以得到不同响应波段的光电探测器。

2. 硅基短波红外探测器通常情况下，短波红外光电探测器使用的材料是HgCdTe和InGaAs。

但是，硅基短波红外探测器也被广泛研究。

硅基短波红外探测器使用先进的微电子工艺制造，可以实现光电探测器的微缩尺寸和集成化设计。

此外，硅基材料的价格相对较低，具有较高的生产工艺稳定性，克服了HgCdTe和InGaAs等材料的缺点。

虽然硅基材料光子能量低，但是它可以通过红外吸收增强层实现波长转换。

因此，硅基短波红外探测器在未来有望成为光电探测器中的新宠。

3. 外加电场和极化层在短波红外半导体光电探测器中，外加电场和极化层是提高光电转换效率和响应速度的最佳选择之一。

外加电场可以提高载流子产生和收集的速度，进而提高探测器的响应速度。

极化层则可以帮助将光子能量转移到载流子。

通过掺杂极化层，可以在探测器中形成更多的电荷的势能梯度，提高载流子的产生效率。

4. 低噪声前置放大器在实际的应用中，环境噪声对光电探测器的影响较大。

为了减少噪声影响，通常会采用低噪声前置放大器，以获得更高的信噪比。

硅基BIB红外探测器研究进展
马兴招;唐利斌;张玉平;左文彬;王善力;姬荣斌
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2023(45)1
【摘要】以锗基和硅基为主的阻挡杂质带(blocked impurity band,BIB)红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。

国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局(NASA)为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。

本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。

【总页数】14页(P1-14)
【作者】马兴招;唐利斌;张玉平;左文彬;王善力;姬荣斌
【作者单位】昆明物理研究所;云南大学材料与能源学院;云南省先进光电材料与器件重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN215
【相关文献】
1.硅基锗PIN红外探测器的数值模拟研究
2.硅基红外探测器的研究进展
3.硅基PIN红外探测器暗电流的研究进展
4.硅基肖特基势垒红外光学探测器
5.硅基近红外探测器研究进展
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红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在 0.75〜lOOO ^m 之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。

目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。

一般使用者对红外线的分类为(1)近红外(NIR,IR-A DIN):波长在 0.75 〜1.4 艸；(2)短波红外(SWIR, IR-B DIN):波长在 1.4 〜3叩；(3) 中波红外(MWIR, IR-C DIN):波长在3〜8^m; (4)长波红外(LWIR, IR-C DIN):波长在8〜 15^m; ( 5)远红外(FIR):波长在15〜1000叩。

根据Maxwell 电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等， 其中吸收是影响传播的最主要因素。

空气中的一些气体分子如 CO2、H2O 等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。

大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为大气窗口 ”，主要包括三个：1〜3艸，3〜5叩，8〜14叩，图1描述了红外线在大气中传播 的透射曲线。

100图红外波段大气透射谱线红外探测器从1800年英国W. Herschel 发现红外线到现在已有二百多年历史。

人们通过不断地技 术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、 气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。

在这些应用中红外探测又显得特别重要， 因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。

理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。

目前来说按照工作机理不同，红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。

热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。

硕士学位论文长波带间级联探测器结构设计作者姓名: 田源指导教师: 陈建新研究员周易副研究员学位类别: 理学硕士学科专业: 微电子与固体电子学培养单位: 中国科学院上海技术物理研究所2018年4月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。

作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。

本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。

保密论文在解密后遵守此规定。

论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日Structural design of Long wavelength interband cascadephotodetectorA thesis submitted toUniversity of Chinese Academy of Sciencesin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of Sciencein microelectronics and solid state electronicsByTian YuanSupervisor: Professor CHEN Jian-xinAssociate Professor ZHOU YiShanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academicof ScienceApril 20致谢一晃三年的研究生生活即将告一段落，记得第一次踏入技物所的大门是研究生复试的时候，面试的过程中，陈建新老师和陈效双老师给我留下了很深刻的印象，他们不只是关注一个本科生的理论知识，更加注重一个学生在实验室的经历和动手能力。

第50卷第1期V〇1.50No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan.2021二维半导体红外光电探测器研究进展（特邀）许航瑀u，王鹏\陈效双、胡伟达1(1.中国科学院上海技术物理研究所红外物理与国家重点实验室，上海200083;2.中国科学院大学，北京1〇〇〇49)摘要：红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。

近年来，以二维材 料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电 流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限，是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。

文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点，介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内 建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法；进一步，针对二维材料其尺寸效应引起的光利用 率低或量子效率低的问题，提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法；最后 列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索，展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力 与前景，为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。

关键词：二维材料；红外探测器；局域场；SWaP3中图分类号：TN215 文献标志码：A D O I：10.3788/IRLA20211017Research progress of two-dimensional semiconductorinfrared photodetector (Invited)Xu Hangyu1,2,Wang Peng1,Chen Xiaoshuang1,Hu Weida1(1. National Laboratory o f Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, C hinese A c a d e m y of Sciences, Shanghai 200083, China;2. University of Chinese A c a d e m y of Sciences, Beijing 100049, China)Abstract: Infrared detection plays an important role in cutting-edge fields such as biomedicine,smart cities,and space exploration.In recent years,a new type of nanoscale semiconductor represented by two-dimensional materials is one of the candidates for a new generation of infrared photodetection technology.This is due to the fact that some index of two-dimensional materials device have exceeded the theoretical limits of traditional thin-film devices,such as detection sensitivity,ultralow dark current,high working temperature,etc.Two dimensional materials can easily be controlled by local field.In this review,the mechanism of three local fields to achieve high performance at room temperature were introduced in the first part,including ferroelectric local field,the interlayer built-in electric field,and the in-plane built-in electric field.Secondly,we introduced the photoelectric enhan­cement methods of unilateral depletion heterojunction and surface plasmon structure to solve the problem of low quantum efficiency and low light absorption caused by atomic thin effect of two-dimensional materials.Finally, we showed some applications of two-dimensional materials in infrared photodetection field.The exploration reveals the potential and prospect of the novel two-dimensional semiconductor in the field of infrared photodetection,which provides some new methods and ideas for the new generation infrared detector technology. Key words: two-dimensional materials;infrared photodetector;local electric field;SWaP3收稿日期:2020-11-09;修订日期:2020-12-07基金项目:国家自然科学基金（61905266);上海市青年科技英才（19Y F1454600);中国科学院青年创新促进会资助0引言1800年英国天文学家Herschel利用分光镜和水 银温度计首次发现了红外辐射，涂黑的水银温度计成 为了历史上第一个红外探测器。

红外探测器材料与器件的发展
史衍丽
【期刊名称】《科学（上海）》
【年(卷),期】2013(065)006
【摘要】红外材料和器件的发展决定了红外技术的发展水平。

实现高性能和低成本的红外探测器技术，既是红外技术自身发展的必然，也是一个国家现代化军事和国民经济发展的需求。

【总页数】4页(P22-25)
【作者】史衍丽
【作者单位】中国北方工业集团公司昆明物理研究所,昆明650223
【正文语种】中文
【相关文献】
1.红外探测器材料和HgCdTe材料的发展现状 [J], 宋炳文
2.8～12μm量子阱超晶格红外探测器材料与器件 [J], 陈世达
3.四种半导体超晶格材料制作长波红外探测器竞相发展 [J], 周茂树
4.新能源材料与器件的开发及应用发展研究——评《新能源材料与器件》 [J], 孙建
5.红外探测器件的发展 [J], 刘普霖;褚君浩
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背照射波长延伸InGaAs面阵焦平面探测器魏鹏;黄松垒;李雪;邓洪海;朱耀明;张永刚;龚海梅【期刊名称】《红外与毫米波学报》【年(卷),期】2013(032)003【摘要】在MBE外延生长的In0.8 Al0.2 As/In0.8 Ga0.2 As材料上,采用台面成型方法制备了背照射32×32元InGaAs探测器,其中心距为30μm,并详细分析了探测器及其焦平面光电性能.结果表明,温度高于220 K时吸收层材料热激活能为0.443 eV,300 K时在所考虑的偏压范围内,暗电流主要由扩散电流、产生复合电流及其欧姆漏电流构成.对组件焦平面特性也进行了研究,并通过读出电路的变积分电容测试结构测试结果提取出积分电容上的寄生电容,在测试温度范围内约为10 fF 左右.%32 × 32 element mesa-type back-illuminated InGaAs detector arrays were fabricated on the MBE-grown In0.8 Al0.2As/In0.8Ga0.2As epitaxial materials by ICP etching.The characteristics of I-V curves,signal and noise were measured and analyzed.The results indicated that the thermal activation energy is 0.443eV at 210 ～ 300 K.By fitting with experimental data,R0A and I-V at different temperature were calculated theoretically.Mechanism of dark current was analyzed and some methods of reducing dark current were put forward.The detector arrays were In-bonded to readout integrated circuits (ROICs) and the characteristics of the FPA was measured.The result of the tested structure with different integrate capacitance indicates that the parasitical capacitance is about10fF.【总页数】6页(P214-219)【作者】魏鹏;黄松垒;李雪;邓洪海;朱耀明;张永刚;龚海梅【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海200050;中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083【正文语种】中文【中图分类】TN215【相关文献】1.基于N-on-P结构的背照射延伸波长640×1线列InGaAs探测器 [J], 朱耀明;龚海梅;李永富;李雪;唐恒敬;邵秀梅;陈郁;邓洪海;魏鹏;张永刚2.大周长面积比延伸波长InGaAs红外焦平面噪声 [J], 黄松垒;张伟;黄张成;许中华;方家熊3.正照射与背照射InGaAs探测器的性能对比研究 [J], 唐恒敬;吕衍秋;吴小利;张可锋;李雪;龚海梅4.正照射与背照射InGaAs探测器的性能对比研究 [J], 唐恒敬;吕衍秋;吴小利;张可锋;李雪;龚海梅5.中心距10μm截止波长2.6μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器 [J], 何玮;李淘;龚海梅;李平;邵秀梅;曹高奇;于一榛;张亚光;邓双燕;杨波;李雪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。