Инфракрасные детекторы на основе InAs/GaSb тип-II сверхрешеток: перспективы

Исследования материалов на основе сурьмы (антимонидов) начались примерно в то же время, что и работы по тернарным сплавам HgCdTe в 1950-х годах, и очевидный быстрый успех их технологий, особенно низкоразмерных структур, опирается на предшествующие пять десятилетий исследований материалов и приборов III–V. Тем не менее сложная физика, связанная с концепцией инженерии запрещённой зоны на основе антимо́нидов, возникшая в начале 1990-х годов, дала новый импульс и интерес к разработке структур инфракрасных детекторов в академических и национальных лабораториях. Развитие тип-II сверхрешеток (T2SL) InAs/GaSb обусловлено двумя основными мотивациями: воспринимаемыми трудностями воспроизводимого изготовления высокооперабельных фокальных матриц (FPA) на основе HgCdTe по разумной цене и теоретическими предсказаниями более низкой аугеровой рекомбинации для детекторов T2SL по сравнению с HgCdTe. Вторая мотивация — более низкая аугерова рекомбинация — должна приводить к фундаментальному преимуществу T2SL над HgCdTe в виде меньшего тёмного тока и/или более высокой температуры работы при прочих равных параметрах, таких как время жизни по механизмам Шокли–Рида–Халла (SRH). Фотодетекторы InAs/GaSb T2SL могут демонстрировать сопоставимую с HgCdTe производительность при эквивалентной длине отсечки, но с существенным штрафом по рабочей температуре из‑за внутренней разницы в временах жизни SRH. Прогнозируется, что будущие инфракрасные (IR) системы будут опираться на работу при комнатной температуре массивов, ограниченных током обеднения, с плотностями пикселей, соответствующими фоновой и дифракционной ограниченности, задаваемой оптикой системы, поэтому потребуется материал с длинным временем жизни SRH. Поскольку T2SL оказываются весьма устойчивыми к попыткам улучшить их время жизни SRH, в настоящее время единственным материалом, удовлетворяющим этому требованию, является HgCdTe. Из‑за меньшей ионности химической связи полупроводники III–V более устойчивы, чем их II–VI аналоги. В результате FPA на базе III–V превосходят по операбельности, пространственной однородности, временной стабильности, масштабируемости, воспроизводимости и доступности — так называемым преимуществам «ibility».