Page 107 - 《真空与低温》2025年第3期

378 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

regimes and highlights ongoing research efforts aimed at mitigating crosstalk and enhancing overall performance. Finally，the
paper proposes forward-looking strategies and future research directions to further advance the field of multicolor infrared
detection.
Key words：II-type superlattice；multicolor detector；crosstalk；quantum efficiency

0 引言 约了多色器件的发展。本文探讨多色红外探测器
的优势以及影响其性能的关键因素，并综合分析国
1977 年 Sai-Halasz 等 提出了 InAs/GaSb Ⅱ类
[1]
内外在该领域的研究成果。
超晶格（T2SL）的概念后 [2-3] ，在红外探测领域引起
了众多科研人员的关注。制作红外探测器的材料 1 InAs/GaSbⅡ类超晶格多色红外探测器性能的
主要包括 HgCdTe、QWs 和超晶格等，当前主要使 影响因素

用的材料是碲镉汞（MCT）。MCT 有着极高的量子 1.1 能带结构的设计
效率（>90%）和探测率，是红外探测领域的首选材 T2SL 是 InAs 和 GaSb 两种材料以一定的厚度
料，但是 MCT 所用的碲锌镉衬底价格昂贵，且生长 交替堆叠形成的一种结构。InAs 的导带底能量 E c
均匀性差，电子有效质量低，导致其有较高的漏电 低于 GaSb 的价带顶，因此电子与空穴分别限制在
流，不得不考虑其他可替代材料 [4-7] 。量子阱材料虽 InAs 与 GaSb 当中，由于波函数的交叠会在 InAs 层
然也取得了显著的进展，但是跃迁选择定则限制 中形成电子微带，在 GaSb 层中形成空穴微带，电
了其只能带间跃迁，吸收系数较低，导致量子效率 子微带和空穴微带共同决定了超晶格的禁带宽度
低 [8-9] 。T2SL 具有能带灵活可调 [10-11] 、暗电流小 [12] 、 E g ，如图 1 所示，通过调节 InAs 与 GaSb 层的厚度
[13]
俄歇复合低 、易于生长、均匀性好及成本低等 和周期结构可以对微带进行控制，从而得到相应的
优势 。因此 InAs/GaSb II 类超晶格红外探测器广 波长。从理论上讲，InAs/GaSb II 类超晶格结构能
[14]
泛应用于航天遥感、天文观测、医疗诊断、气候监 够有效地吸收 3~30 μm 范围内的红外光 [19-21] 。
测及红外成像等领域。
GaSb GaSb GaSb GaSb
在进行红外探测识别目标信号的过程中，其关
键在于能够依据目标自身释放的红外辐射与周围
背景辐射间的明显差异来进行准确辨识。一旦探
测目标与背景的红外辐射特性趋于一致，两者间的 E c
界限将变得模糊不清，进而阻碍了对目标的有效识 E g HH
LH
别。为解决这一问题，多色探测技术应运而生，该
技术通过提供更为显著的对比度差异，大幅增强了
目标识别的能力。多色探测技术凭借其优异的性
InAs InAs InAs InAs InAs
能，能够同时收集多个不同光谱波段的详细信息，
这一特性极大地提升了目标识别与追踪的精确度。 图 1 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格能带结构示意图
通过精确获取红外光谱区域内的离散数据点，使探 Fig. 1 InAs/GaSb II-type superlattice band diagram
测器能够准确测量场景中的绝对温度，并有效识别 如图 2 所示，该器件采用两个背对 PIN 结构和
出目标特有的光谱特征，从而极大地增强了探测结 一个阻挡层组成的双波段红外探测器，其上侧是短
果的准确性和可信度。通过这一新的对比维度，多 波吸收通道，下侧是中波或者长波吸收通道，可以
色红外探测技术融入了尖端的彩色图像处理算法， 有效地防止中波或者长波材料对短波信号的吸收。
显著增强了灵敏度，使其分辨能力高于单色成像 在正偏压的作用下，上侧短波通道为负偏压，即工
[15]
仪 。综上所述，多色红外探测器具备宽波段探测 作电压，下侧中波通道为正偏压，等效为导体。在
范围、丰富的特征信息提取能力、卓越的分辨性能 负偏压作用下，上侧短波通道为导体，下侧中波通
以及出色的抗干扰特性等，成为红外探测与成像领 道为负偏压，从而实现双色探测器对不同波长光信
域的热点 [16-18] 。然而，多色探测器遇到了尤为突出 号的调控。中间的势垒层用于减少两通道间的串
的串音问题，降低了器件的灵敏度与探测精度，制 扰。势垒层的核心指标是导带底高于双通道、价