InAsP/InAsSb超晶格红外探测材料的MOCVD生长与特性研究

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项目摘要

Infrared photodetectors based on InAs/GaSb superlattices can cover a broad range of infrared spectrum and their high degree of flexibility in bandgap engineering have also been demonstrated. However, further improvement in their quantum efficiency and dark current density is limited by the relatively low absorbance and the short carrier lifetime associated with the material. In this proposal, the “Ga-free” superlattices based on InAsP/InAsSb ternary alloys will be investigated for its MOCVD growth and its potential use as an efficient infrared absorber. High absorbance is suggested by preliminary calculations due to its near type-I band alignment, while longer carrier lifetime is expected for the absence of Ga-related point defect. Concerns about the segregation of Sb will be addressed by microscopic study and interface treatment to achieve absorber material of high quality; their absorbance and carrier transport properties will be compared under different alloy compositions and band alignments for optimal quantum efficiency; its theoretical advantages against InAs/GaSb will be finally validated by device characterizations. The success of this project shall enrich the portfolio of MOCVD-grown Sb-based infrared materials and attain our advantages in state-of-art infrared detection technologies.
InAs/GaSb超晶格红外探测器波长可调范围大、能带工程运用灵活、均匀性好,但其量子效率和暗电流水平受制于少子寿命短、吸收系数低等材料因素。本项目提出新型的“无Ga”InAsP/InAsSb三元合金超晶格材料,其载流子寿命不受Ga相关点缺陷影响,模拟显示工作波段可覆盖短波到长波红外,带边对齐可从Ⅰ型到Ⅱ型灵活调节,是一种潜在的少子寿命长、吸收系数高、光谱可调范围大的新型红外吸收材料。本项目拟利用MOCVD外延生长InAsP/InAsSb超晶格材料,利用微观手段分析锑元素的偏析,通过界面处理抑制其不利影响,实现合金超晶格的高质量生长;结合理论计算探索高吸收系数、高载流子输运特性所需的三元合金组分与带边对齐;最终通过器件指标对比,验证InAsP/InAsSb超晶格材料的理论优势。本项目的顺利展开将推进锑化物外延技术发展,丰富高性能红外探测材料的选择,开创具有自主知识产权的红外探测材料新体系。

结项摘要

InAs/GaSb二类超晶格被称为第三代红外探测材料,具有波长可调范围大、能带工程运用灵活、均匀性好等特点。但目前采用分子束外延(MBE)生长的InAs/GaSb超晶格的少子寿命较短,导致超晶格红外探测器的量子效率较低和暗电流水平高。本项目提出了无“Ga”的InAsP/InAsSb应力平衡的三元合金超晶格材料作为红外探测材料,其载流子寿命不受Ga相关点缺陷影响,模拟显示工作波段可覆盖短波到长波红外,带边对齐可从Ⅰ型到Ⅱ型灵活调节,是一种潜在的少子寿命长、吸收系数高、光谱可调范围大的新型红外吸收材料。本项目采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在InAs衬底上生长了InGaAs/InAsSb超晶格以及InAsP/InAsSb超晶格材料和器件。首先采用经验紧束缚近似(ETBM)计算了InGaAs/InAsSb以及InAsP/InAsSb锑化物超晶格的带宽、带阶、波函数交叠等参数,设计了应力平衡超晶格的组分和厚度;然后采用一台Aixtron 2400 G3 MOCVD设备来在2寸的InAs衬底上生长超晶格,优化了生长温度、流量、V/III比等工艺参数。对于材料的测试发现,XRD可看见清晰的卫星峰,对于InGaAs/InAsSb超晶格,衬底峰和零级峰的峰位差异小于187弧秒,而对于InAsP/InAsSb超晶格仅为61 弧秒,基本上实现了应力平衡。AFM观察到平整表面,对于InGaAs/InAsSb超晶格的表面粗糙度小于0.2nm,且随着InGaAs层中Ga组分的增加,生长模式从台阶流模式转变到二维生长模式;对于InAsP/InAsSb超晶格,表面粗糙度仅为0.4nm。77K低温PL发现InGaAs/InAsSb超晶格的发光峰位在3.6~3.7µm左右,而光谱测量显示InAsP/InAsSb超晶格的截止波长在3µm左右。最后,我们在InAs衬底上生长了2微米厚的InAsP/InAsSb超晶格光电导型器件,吸收区材料为非掺弱n型,77K下测试响应率为20A/W,-0.1V偏压暗电流为2.5A/cm^2,探测率为超过1×10^10 cm√Hz/W。这些结构初步展示了MOCVD生长的InGaAs/InAsSb超晶格和InAsP/InAsSb超晶格作为中短波红外吸收材料的可行性。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Short-wavelength infrared InAs/GaSb superlattice hole avalanche photodiode
短波长红外InAs/GaSb超晶格孔雪崩光电二极管
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/aba2e0
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Liu Jia-Feng;Zhang Ning-Tao;Teng Yan;Hao Xiu-Jun;Zhao Yu;Chen Ying;Zhu He;Zhu Hong;Wu Qi-Hua;Li Xin;Chen Bai-Le;Huang Yong
  • 通讯作者:
    Huang Yong
Planar mid-infrared InAsSb photodetector grown on GaAs substrates by MOCVD
通过 MOCVD 在 GaAs 衬底上生长的平面中红外 InAsSb 光电探测器
  • DOI:
    10.7567/1882-0786/ab507c
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Wang Tingting;Xiong Min;Zhao Yingchun;Dong Xu;Zhao Yu;Miao Jingjun;Huang Yong;Zhang Baoshun;Cao Lixin;Dong Bohua
  • 通讯作者:
    Dong Bohua
Long-Wavelength InAs/GaSb Superlattice Detectors on InAs Substrates With n-on-p Polarity
具有 n-on-p 极性的 InAs 衬底上的长波长 InAs/GaSb 超晶格探测器
  • DOI:
    10.1109/jqe.2020.3008259
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Journal of Quantum Electronics
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Liu Jiafeng;Teng Yan;Hao Xiujun;Zhao Yu;Wu Qihua;Li Xin;Zhu He;Chen Ying;Huang Rong;Ding Sunan;Huang Yong
  • 通讯作者:
    Huang Yong
High-Performance Long-Wavelength InAs/GaSb Superlattice Detectors Grown by MOCVD
MOCVD 生长的高性能长波长 InAs/GaSb 超晶格探测器
  • DOI:
    10.1109/lpt.2018.2889575
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Teng Yan;Zhao Yu;Wu Qihua;Li Xin;Hao Xiujun;Xiong Min;Huang Yong
  • 通讯作者:
    Huang Yong
Demonstration of a Dual-Band InAs/GaSb Type-II Superlattice Infrared Detector Based on a Single Heterojunction Diode
基于单个异质结二极管的双波段 InAs/GaSb II 型超晶格红外探测器的演示
  • DOI:
    10.1109/jqe.2019.2961123
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Hao, Xiujun;Deng, Zhuo;Chen, Baile
  • 通讯作者:
    Chen, Baile

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其他文献

不同糖代谢状态人群血清CTRP3和25(OH)D水平及其与胰岛素抵抗的关系
  • DOI:
    10.13481/j.1671-587x.20190425
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    吉林大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖鑫;邓凡曲;宋美潓;高琳;张晗;张琳;王雪梅;章莹;赵宇
  • 通讯作者:
    赵宇
基于频响函数Neumann级数展开的有限元模型修正
  • DOI:
    10.19650/j.cnki.cjsi.j2107719
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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    赵宇;彭珍瑞
  • 通讯作者:
    彭珍瑞
面向城市可持续发展的自然解决途径(NBSs)研究进展
  • DOI:
    10.5846/stxb201812042648
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    生态学报
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  • 作者:
    刘佳坤;吝涛;赵宇;林美霞;邢莉;李新虎;张国钦;叶红
  • 通讯作者:
    叶红
压电微定位平台神经网络与专家模糊复合控制方法
  • DOI:
    10.13195/j.kzyjc.2016.1289
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    控制与决策
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    --
  • 作者:
    周淼磊;张敬爱;赵宇;高巍
  • 通讯作者:
    高巍
中国长三角背景点冬季大气棕碳污染特征及来源解析
  • DOI:
    10.13227/j.hjkx.202012002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵宇;吴灿;王益倩;陈玉宝;吕少君;汪芳琳;杜伟;刘仕杰;丁志健;王格慧
  • 通讯作者:
    王格慧

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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