Page 108 - 《真空与低温》2025年第3期

尉鹏举等：InAs/GaSbⅡ类超晶格多色红外探测器降低串音影响的研究进展 379

带顶低于双通道，通过能带工程形成双向载流子势 抑制了中波通道内的光生电子向短波通道的隧穿
垒。独特的能带结构设计确保了势垒层能有效隔 效应；通过这种方式，势垒层显著降低了两个通道
[22]
绝短波通道产生的光生空穴进入中波通道，并同时 之间的串扰，并有助于减小暗电流 。

顶部 E v E f E c
盖帽层
短 N
波
通 I
道 短
波
P
势垒层

中 P
中
/
长 /
波 I 长
通 波
道 N
Ti/Pt/Au
GaSb-缓冲层 接触器 E v 为价带
底部 E f 为费米能级
GaSb 衬底 E c 为导带
（a）结构图 （b）能带图
图 2 NIPPIN 型双色红外探测器的结构图及能带图
Fig. 2 Structure and band diagram of NIPPIN dual-color infrared detector

1.2 分子束外延（MBE）制备工艺 理想选择，有助于实现更广泛的红外探测应用。

InAs/GaSb II 类超晶格红外探测器的核心制备 1.3 暗电流
工艺是分子束外延（MBE）。分子束外延是制备高 暗电流是影响红外探测器另外一个重要因素。
质量单晶薄膜的有效设备，能够对原子级尺度的薄 暗电流主要由四部分组成 [23-24] ：扩散电流 [25] 、产生
膜进行精细控制，可制备量子阱、超晶格等新型器 复合（G-R）电流 [26-27] 、隧穿电流（包括带带隧穿和带
−8
件。分子束外延（MBE）生长腔（压力为 1.3×10 Pa） 间隧穿） [28-29] 、表面漏电流 [30-32] ，其表达式见式（1）。
通过对原材料进行加热，使原材料在高温下产生分 T2SL 探测器暗电流的影响因素主要有三个：（1）材
子束（或原子束），调节炉内的温度，实现对束流速 料的结构设计，通过设计各种合适的势垒结构可以
度的控制，然后将其喷射到预先设定温度的衬底上， 有效阻挡暗电流的产生（如隧穿电流，G-R 电流）；
原子通过吸附、迁移、沉积等过程在基底表面形成 （2）材料的生长，目前主要使用 MBE 进行 T2SL 的
相对均匀的薄膜材料。在分子束外延技术中，通常 生长，虽然 MBE 设备可以达到原子精度的控制，但
采用多组源炉来实现多组分薄膜的生长。 是 T2SL 的界面生长依然是个难题，界面互混，表
MBE 制备工艺对多色红外探测器的性能具有 面缺陷等造成实际生长的材料与预计存在差异，离
显著影响。MBE 技术能够在原子级别精确控制材 理论值仍有很大差距；（3）器件的工艺水平，在长波
料生长，实现高纯度、高均匀性的薄膜，这对于提 及甚长波红外探测器件的制造过程中，工艺显得尤
高红外探测器的量子效率和降低暗电流至关重要。 为重要。特别是表面漏电流，它成为了暗电流中的
通过精确控制每层材料的厚度和掺杂水平，MBE 主要构成部分。而器件的刻蚀精度与钝化工艺的
工艺能够优化探测器的光谱响应，使其覆盖多个红 质量，在很大程度上直接决定了表面漏电流的大小。
外波段。此外，MBE 生长的高质量界面减少了非 因此，对器件制备工艺进行优化，对于改善长波及
辐射复合中心，提高了信噪比和响应速度。MBE 甚长波红外探测器件的性能起到关键作用 [33-34] 。
的低温度生长特性有助于减少热诱导缺陷，进一步 J total = J diff + J G−R + J tun + J surf （1）
提升器件性能。综上所述，MBE 工艺的高精度和 式中：J tota 为总暗电流； J diff 为扩散电流；J G- 为产生
R
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高可控性使其成为制备高性能多色红外探测器的 复合电流； J tun为隧穿电流； J surf 为表面漏电流。