摘要：銻化物的研究開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，70年代隨著超晶格概念及后來(lái)能帶工程的出現(xiàn)，銻化物在紅外探測(cè)領(lǐng)域的潛力逐漸顯露?；诂F(xiàn)實(shí)的需求，銻化物材料的生長(zhǎng)外延及工藝處理技術(shù)取得了快速進(jìn)步，這也得益于之前對(duì)III-V族材料的大量研究。II類超晶格（T2SL）的發(fā)展主要源于兩個(gè)主要原因：首先相對(duì)于HgCdTe材料，II類超晶格具有低成本、可重復(fù)性、可操作性、高均勻性等優(yōu)勢(shì)，尤其在長(zhǎng)波紅外及以上波段，II類超晶格相對(duì)于HgCdTe的優(yōu)勢(shì)更明顯。其次與HgCdTe材料相比，II類超晶格具有很低的俄歇復(fù)合概率，這意味著II類超晶格紅外探測(cè)器具有比HgCdTe探測(cè)器更低的暗電流或更高的工作溫度，提高長(zhǎng)波焦平面的工作溫度對(duì)于降低成像系統(tǒng)的功耗、尺寸及重量至關(guān)重要。另外，大氣窗口在8 ~ 14 μm有最高的透射率，同時(shí)溫度為室溫（300 K）的物體所發(fā)射的紅外輻射波長(zhǎng)大約為10 μm。因此，長(zhǎng)波紅外探測(cè)對(duì)于InAs/GaSbII類超晶格極具價(jià)值。理論上II類超晶格紅外探測(cè)器在等效截止波長(zhǎng)下能提供同等或超越HgCdTe探測(cè)器的性能。但由于II類超晶格材料在少子壽命上與HgCdTe存在很大差距，導(dǎo)致II類超晶格探測(cè)器在耗盡區(qū)有很高的產(chǎn)生復(fù)合電流。為了抑制產(chǎn)生復(fù)合電流及其他機(jī)制暗電流，提出了各種結(jié)構(gòu)并應(yīng)用于II類超晶紅外探測(cè)器上，如PπMN結(jié)構(gòu)、CBIRD以及單極勢(shì)壘型等，極大地降低了長(zhǎng)波器件的暗電流，同時(shí)增加了器件阻抗及探測(cè)率。此外，InAs/InAsSb超晶格的提出，避免了由Ga在禁帶引入復(fù)合中心，有效地提高了少子壽命。隨著II類超晶格技術(shù)及理論的不斷完善，銻化物超晶格長(zhǎng)波焦平面在可操作性、均勻性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性上的優(yōu)勢(shì)將更為明顯。

1引言

從第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)始，軍事裝備應(yīng)用的迫切需求極大地促進(jìn)了紅外探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展，紅外焦平面探測(cè)器在各類軍用及民用紅外成像系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，如夜視偵查、戰(zhàn)略預(yù)警、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤、醫(yī)療診斷、氣象預(yù)告等。強(qiáng)化紅外焦平面的性能來(lái)滿足不斷提高的使用需求一直是紅外焦平面的研制重點(diǎn)。紅外探測(cè)器從1960年到目前為止發(fā)展到第四代。第一代是機(jī)械線掃系統(tǒng)；第二代是焦平面凝視電掃系統(tǒng)；第三代在前一代的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高像素、大面陣及雙色探測(cè)；第四代進(jìn)一步向更高像素、小像元和多色探測(cè)發(fā)展。隨著紅外探測(cè)器材料及器件制備工藝的不斷發(fā)展，各類紅外系統(tǒng)的性能得到快速提升，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，已發(fā)展成為當(dāng)代信息化社會(huì)、信息化軍事等諸多領(lǐng)域不可替代的重要技術(shù)裝備。

焦平面紅外探測(cè)器的像元數(shù)量發(fā)展與硅集成電路的信號(hào)讀取與處理能力成正比。紅外焦平面探測(cè)器中的像元數(shù)量的增長(zhǎng)模式與集成電路中晶體管數(shù)量的增長(zhǎng)模式類似，大概18個(gè)月像元數(shù)量翻倍，稍滯后于摩爾定律。目前，焦平面紅外探測(cè)器已開(kāi)始向多色探測(cè)、更高像素、更小像元的第四代發(fā)展。同時(shí)，要求探測(cè)器具備更高工作溫度，使紅外成像系統(tǒng)具備更低的功耗、重量、尺寸。

各種商業(yè)型紅外探測(cè)主要集中在兩個(gè)大氣窗口，即3 ~ 5 μm的MWIR窗口及8 ~ 14 μm的LWIR窗口。在LWIR窗口，大氣透射最高，同時(shí)溫度為室溫（300 K）的物體所發(fā)射的紅外輻射波長(zhǎng)約為10 μm。因此，對(duì)長(zhǎng)波紅外探測(cè)的重要性顯而易見(jiàn)。

2長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的技術(shù)要求及挑戰(zhàn)

目前HgCdTe探測(cè)器已經(jīng)發(fā)展出第四代。另外，量子阱紅外探測(cè)器（Quantum Well Infrared Photodetector，QWIP）和II類超晶格（T2SL）紅外探測(cè)器，正向第四代發(fā)展。事實(shí)上，第四代與第三代之間并沒(méi)有明確的定義與界定。第四代紅外成像系統(tǒng)要求擁有更多的像元數(shù)，更高的幀頻，更大的探測(cè)范圍，更好的熱分辨率及多色、多波段探測(cè)能力的同時(shí)，還需滿足更低的功耗、尺寸及重量，更高的工作溫度，從而降低紅外成像系統(tǒng)的使用成本。以VISTA計(jì)劃為例，在5 ~ 10 μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，探測(cè)器在150 K及f/2.3的工作條件下，實(shí)現(xiàn)低于20 mK的噪聲等效溫差（Noise Equivalent Temperature Difference，NETD），同時(shí)像元數(shù)量達(dá)到8000 × 8000，像元尺寸減小至10 μm及以下。想要完成從第三代到第四代的轉(zhuǎn)變，必須從能帶等角度實(shí)現(xiàn)對(duì)器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化材料的生長(zhǎng)條件以獲得最佳的材料質(zhì)量、選擇合適的工藝流程參數(shù)、設(shè)計(jì)合理的讀出電路，全方位地提升紅外探測(cè)器的最終性能上限。

2.1長(zhǎng)波紅外探測(cè)器主要材料體系發(fā)展概況

隨著軍事技術(shù)對(duì)抗快速發(fā)展的需要及民用紅外設(shè)備的普及，高性能紅外探測(cè)材料是發(fā)展高性能紅外成像系統(tǒng)的關(guān)鍵。運(yùn)用于紅外焦平面探測(cè)器的材料主要分為兩大類，即III-V族半導(dǎo)體與II-VI族半導(dǎo)體。在20世紀(jì)50年代，就已經(jīng)合成III-V族中的銦砷（InAs）和銦銻（InSb），InSb被運(yùn)用于1 ~ 5 μm的紅外波段探測(cè)，從20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)出第一個(gè)58 × 62像素的InSb探測(cè)器到現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)8000 × 8000像素的焦平面探測(cè)器，InSb焦平面的像元數(shù)量增加了超過(guò)3個(gè)數(shù)量級(jí)。但受限于InSb的帶隙寬度，其工作波長(zhǎng)不超過(guò)5 μm。由于長(zhǎng)波紅外探測(cè)的迫切需求，研究人員意識(shí)到需要開(kāi)發(fā)適用于長(zhǎng)波探測(cè)器的材料體系。1959年，英國(guó)Lawson等人提出了基于II-VI族與IV-VI族的三元化合物開(kāi)發(fā)可變帶隙半導(dǎo)體材料碲鎘汞（Hg1?xCdxTe，MCT），為紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)提供了前所未有的自由度。10年后，HgCdTe以其優(yōu)異的性能很快超越并取代了PbSnTe材料體系，并于20世紀(jì)60年代和70年代分別發(fā)展出第一代機(jī)掃線列及第二代電掃焦平面系統(tǒng)，時(shí)至今日已成為紅外焦平面成像的首選材料。

隨著低維半導(dǎo)體材料理論的完善及地位半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)步，提出了以鎵砷（GaAs）為基礎(chǔ)的GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器材料體系及以鎵銻（GaSb）為基礎(chǔ)的銻化物II類超晶格材料體系。量子阱紅外探測(cè)器基于非常成熟的III-V族半導(dǎo)體生長(zhǎng)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化的GaAs半導(dǎo)體器件工藝，同時(shí)商業(yè)化的GaAs襯底具備大面積（6 in）、高均勻性、低成本的優(yōu)勢(shì)，非常適合用于大量生產(chǎn)低成本、高穩(wěn)定性、高可靠性的紅外焦平面產(chǎn)品，克服了HgCdTe材料體系生長(zhǎng)困難、均勻性差、襯底尺寸小、成本高昂的缺點(diǎn)。目前覆蓋MWIR波段的應(yīng)變層InGaAs/AlGaAs量子阱體系已進(jìn)入應(yīng)用階段。在較高的工作溫度下，由于量子阱紅外探測(cè)器極低的量子效率導(dǎo)致其無(wú)法提供能夠媲美HgCdTe探測(cè)器的性能。

由于InAs、InSb、GaAs/AlGaAs幾種紅外探測(cè)器材料在不同性能方面受到了較大的限制，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的銻化物II類超晶格（T2SL）材料同樣基于成熟的IIIV族半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)及器件工藝，避免了MCT材料生長(zhǎng)困難及高成本，且擁有接近HgCdTe探測(cè)器的量子效率及寬譜響應(yīng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為替代HgCdTe及量子阱的紅外探測(cè)器的最優(yōu)選材料。

2.1.1 HgCdTe紅外探測(cè)器

軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用一直主導(dǎo)著HgCdTe材料體系的發(fā)展，目前HgCdTe已成為紅外探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的材料。HgCdTe是一種屬于閃鋅礦的偽二元合金直接帶隙半導(dǎo)體，由于其帶隙可調(diào)的特性，使HgCdTe逐漸發(fā)展成為紅外探測(cè)領(lǐng)域最重要的材料，隨著鎘（Cd）組分的增加，禁帶寬度由負(fù)值逐漸變?yōu)檎担采w從短波紅外（1 ~ 3 μm）至甚長(zhǎng)波紅外（14 ~ 30 μm）。HgCdTe材料的光吸收系數(shù)大，量子效率最高可達(dá)到90%以上，同時(shí)器件具有較高的光響應(yīng)率。HgCdTe擁有高電子遷移率和低的介電常數(shù)，可作高速響應(yīng)器件。同時(shí)MCT的晶格常數(shù)隨組分變化不明顯，奠定了生長(zhǎng)高質(zhì)量HgCdTe材料的前提。

但是，MCT材料也存在非常明顯的缺陷，主要體現(xiàn)在：（1）MCT材料的化學(xué)鍵鍵能很弱，容易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象，導(dǎo)致材料和器件的均勻性很差。（2）MCT材料的截止波長(zhǎng)變化是通過(guò)改變鎘的比例控制，因此需要對(duì)鎘元素的含量精確控制，增加了材料生長(zhǎng)難度，同時(shí)因?yàn)椴牧系木鶆蛐暂^差，所以器件的穩(wěn)定性不能得到保證。（3）隨著HgCdTe器件截止波長(zhǎng)的增大，器件的隧穿暗電流和產(chǎn)生復(fù)合暗電流呈幾何級(jí)數(shù)增加，且從材料本身并無(wú)有效的抑制手段。（4）MCT材料的外延是在碲鋅鎘（CdZnTe）襯底上進(jìn)行的，但目前產(chǎn)品化的CdZnTe襯底最大直徑不超過(guò)90 mm，而且其成本高昂。想要提高M(jìn)CT材料的外延尺寸同時(shí)降低成本，必須考慮使用Si或者GaAs等襯底替代，但是這樣會(huì)導(dǎo)致材料外延質(zhì)量的大幅下降。上述四方面問(wèn)題導(dǎo)致HgCdTe探測(cè)器的成品率極低，器件制備成本居高不下，無(wú)法滿足新一代紅外探測(cè)器對(duì)低成本的要求。

2.1.2量子阱紅外探測(cè)器

將兩種半導(dǎo)體材料薄層交替生長(zhǎng)形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢(shì)能阱內(nèi)，從而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能級(jí)電子躍遷原理可以做紅外探測(cè)器。其工作原理如圖1所示。

基于比較成熟的III-V族半導(dǎo)體技術(shù)、分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）技術(shù)和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）技術(shù)，目前GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測(cè)器已經(jīng)獲得穩(wěn)定生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。目前GaAs襯底的尺寸可以達(dá)到6 in（150 mm）以上，同時(shí)成本較低，可滿足新一代紅外探測(cè)器大面陣、低成本的要求；GaAs/Al-GaAs材料化學(xué)穩(wěn)定性較高，可耐受空天裝備的高能離子輻射，適于制備空天裝備用紅外探測(cè)器。通過(guò)改變GaAs/AlGaAs中AlGaAs的組分、GaAs和AlGaAs的厚度，可以使器件的響應(yīng)波長(zhǎng)在3 ~ 30 μm變化，理論上甚至可以將截止波長(zhǎng)增大到200 μm以上的太赫茲波段。

圖1 量子阱紅外探測(cè)器工作原理

量子阱紅外探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是其材料生長(zhǎng)基于成熟的III-V族材料生長(zhǎng)技術(shù)及器件制備工藝能夠穩(wěn)定地提供高均勻性、低成本的大面陣焦平面芯片。由于量子阱紅外探測(cè)器可以直接利用現(xiàn)成的III-V族半導(dǎo)體生產(chǎn)線，使量子阱探測(cè)器的成本相對(duì)于HgCdTe探測(cè)器更具優(yōu)勢(shì)。量子阱紅外探測(cè)器屬于光電導(dǎo)型器件，但其高阻抗、高響應(yīng)速率與低功耗均很好地滿足紅外焦平面的需要。但是量子阱探測(cè)器吸收的入射輻射中只有垂直于超晶格生長(zhǎng)面的極化矢量起作用，光子利用率低；量子阱中基態(tài)電子濃度受摻雜限制，量子效率不高；響應(yīng)光譜區(qū)窄；低溫要求苛刻。另外，由于躍遷矩陣元的選擇定則，只有平行于表面的入射光才能被量子阱吸收，因此需要在量子阱紅外探測(cè)器的像元上制備可以提高光吸收的精細(xì)光柵結(jié)構(gòu)，這不僅增加了工藝上的難度同時(shí)也不能將量子效率恢復(fù)到接近HgCdTe探測(cè)器的水平。

在相同的積分時(shí)間和光學(xué)系統(tǒng)條件下，量子阱紅外探測(cè)器性能弱于HgCdTe探測(cè)器。為了提高其性能，量子阱紅外探測(cè)器需要將積分時(shí)間延長(zhǎng)至HgCdTe探測(cè)器積的10 ~ 100倍，即5 ~ 20 ms，極大地犧牲了響應(yīng)速率，所以量子阱長(zhǎng)波紅外探測(cè)器只能滿足低幀頻的應(yīng)用要求。

目前以18 μm像元尺寸工藝制備的1000 × 1000量子阱MWIR/LWIR雙色探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了良好的成像效果。在95 K，f/2.5的條件下，中波量子阱探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了17 mK的噪聲等效溫差，相應(yīng)的長(zhǎng)波探測(cè)器在70 K的工作溫度下具有13 mK的噪聲等效溫差。得益于量子阱極高的材料質(zhì)量，目前世界上疊層數(shù)最多的探測(cè)器就是使用量子阱材料實(shí)現(xiàn)的四色探測(cè)，其陣列規(guī)模為640 × 512，獲得了較好的成像效果。國(guó)內(nèi)也研制出了性能較好的320 × 256像元量子阱長(zhǎng)波焦平面探測(cè)器，成像效果良好。

2.2銻化物II類超晶格紅外探測(cè)器的特點(diǎn)

自從20世紀(jì)70年代提出銻化物II類超晶格的理論以來(lái)，基于InAs/Ga(In)Sb II類超晶格的紅外探測(cè)器受到了極大的關(guān)注。通過(guò)InAs層與GaSb層的重復(fù)交替排列形成一維周期性結(jié)構(gòu)的超晶格。類似于周期性排列的晶格，超晶格周期性的長(zhǎng)短變化使超晶格表現(xiàn)出從半金屬到窄帶隙半導(dǎo)體的特性。InAs/GaSb超晶格的特點(diǎn)是InAs與GaSb之間形成如圖2所示的二型離隙型能帶結(jié)構(gòu)，電子與空穴被分別限制在InAs與Ga(In)Sb層中，相鄰InAs層中電子波函數(shù)的交疊導(dǎo)致在導(dǎo)帶中形成電子微帶，同樣地，相鄰Ga(In)Sb層中空穴波函數(shù)的交疊導(dǎo)致在價(jià)帶中形成空穴微帶。通過(guò)電子吸收光子在最高空穴微帶（重空穴帶）與最低電子微帶（第一電子微帶）之間的躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射信號(hào)的探測(cè)。通過(guò)調(diào)節(jié)InAs層和Ga(In)Sb層的厚度以及超晶格的周期厚度，可以實(shí)現(xiàn)截止波長(zhǎng)在3 ~ 30 μm連續(xù)變化，同時(shí)在甚長(zhǎng)波波段，不會(huì)出現(xiàn)類似于HgCdTe的材料外延困難，因此超晶格材料非常適合新一代探測(cè)器對(duì)多色的要求。InAs/GaSb超晶格材料體系在紅外探測(cè)方面的主要優(yōu)勢(shì)在于：InAs/GaSb超晶格均有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)InAs層與GaSb層的厚度，可以靈活實(shí)現(xiàn)不同超晶格結(jié)構(gòu)對(duì)波長(zhǎng)3 ~ 30 μm的紅外輻射進(jìn)行探測(cè)。由于電子與空穴分別位于InAs層與GaSb層中，可以通過(guò)分別調(diào)節(jié)InAs層與GaSb層對(duì)電子微帶與空穴微帶進(jìn)行單獨(dú)調(diào)控，有利于超晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以最大程度地優(yōu)化能帶偏調(diào)量。理論研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)镮I類超晶格中的電子有效質(zhì)量決定于兩個(gè)InAs層之間電子波函數(shù)的交疊程度，而不像體材料那樣電子有效質(zhì)量同時(shí)受價(jià)帶與導(dǎo)帶的影響，所以InAs/GaSb超晶格的電子有效質(zhì)量基本不隨響應(yīng)截止波長(zhǎng)的變化而變化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)緊束縛模型計(jì)算的InAs/GaSb超晶格具有≥0.03 me的有效質(zhì)量，高于HgCdTe材料0.01 me - 0.005 me的電子有效質(zhì)量。因此InAs/GaSb超晶格紅外探測(cè)器相比HgCdTe紅外探測(cè)器具有更低的隧穿電流，尤其對(duì)于長(zhǎng)波探測(cè)，InAs/GaSb超晶格在抑制隧穿電流方面更有優(yōu)勢(shì)。

圖2 InAs/Ga(In)Sb超晶格形成的離隙型能帶排列

（1）從能帶排列上看，InAs/GaSb超晶格的電子與空穴雖然分別處于InAs/GaSb層中，但超晶格的有效帶隙取決于電子與空穴形成的微帶，類似于通常半導(dǎo)體的帶隙由導(dǎo)帶與價(jià)帶決定。InAs/GaSb超晶格微帶的導(dǎo)帶最低點(diǎn)與價(jià)帶最高點(diǎn)處于k空間的同一位置，所以實(shí)際上InAs/GaSb II類超晶格是直接帶隙結(jié)構(gòu)，直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)有較高的電子躍遷概率，保證了較高的光吸收系數(shù)，有利于材料對(duì)光子的吸收。不同于量子阱（Quantum Well，QW）和量子點(diǎn)（Quantum Dot，QD）只吸收特定入射方向的光子，由于InAs/GaSb超晶格電子波函數(shù)的離域化，可以吸收不同入射方向的光子，所以II類超晶格探測(cè)器不需要類似量子阱紅外探測(cè)器精密復(fù)雜的光柵結(jié)構(gòu)就能達(dá)到遠(yuǎn)高于量子阱體系的量子效率，接近HgCdTe材料體系紅外探測(cè)器的量子效率，在長(zhǎng)波波段超晶格的吸收系數(shù)到達(dá)甚至超過(guò)HgCdTe材料，使其在長(zhǎng)波及甚長(zhǎng)波紅外波段的探測(cè)性能較HgCdTe材料體系有較大的優(yōu)勢(shì)。量子阱紅外探測(cè)器的響應(yīng)譜屬于窄譜響應(yīng)，而InAs/GaSb超晶格則屬于寬譜響應(yīng)，只要光子能量大于超晶格有效帶隙就能被吸收。

（2）InAs/GaSb超晶格中的InAs與GaSb的晶格常數(shù)接近6.1? (InAs=6.0583 ?， GaSb=6.0954 ?)，所以InAs和GaSb連同AlSb均屬于6.1 ?材料家族，InAs與GaSb的晶格常數(shù)失配小于1%，有較高的臨界厚度，為InAs/GaSb超晶格的設(shè)計(jì)提供了很高的靈活性。由于InAs與GaSb的晶格常數(shù)存在差異，所以InAs/GaSb超晶格又屬于應(yīng)變超晶格，GaSb層相對(duì)于InAs層受到壓應(yīng)變，導(dǎo)致輕重空穴帶分離，因此降低了俄歇復(fù)合概率，從而降低了器件的產(chǎn)生復(fù)合暗電流。因此，理論上InAs/GaSb超晶格是獲得高溫（>110 K）紅外探測(cè)器的理想材料。

（3）銻化物超晶格基于成熟的III-V族化合物半導(dǎo)體生長(zhǎng)技術(shù)及器件工藝，通過(guò)先進(jìn)的分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)原子層級(jí)的精度控制。同時(shí)III-V族化合物以共價(jià)鍵結(jié)合為主，其穩(wěn)定性超過(guò)以離子健結(jié)合的HgCdTe材料，避免了組分的偏析。在晶格匹配的GaSb襯底上，能夠外延生長(zhǎng)得到大面積、高均勻性的InAs/GaSb紅外探測(cè)器，避免了HgCdTe因?yàn)橐r底尺寸、均勻性、成本等問(wèn)題帶來(lái)的生產(chǎn)問(wèn)題。與目前器件工藝兼容性好、成熟度高， 預(yù)計(jì)規(guī)?；a(chǎn)后器件成本將遠(yuǎn)低于HgCdTe材料，同時(shí)具備了比肩甚至超越HgCdTe探測(cè)器的性能和III-V族半導(dǎo)體量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，成為新一代紅外探測(cè)器中取代HgCdTe體系的最佳選擇。

綜上，InAs/GaSb II類超晶格相比HgCdTe和量子阱材料具有相近的量子效率、高響應(yīng)率、高電子有效質(zhì)量、低俄歇復(fù)合概率等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是材料外延及器件工藝成熟穩(wěn)定，尤其對(duì)于長(zhǎng)波及以上波段的紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)更突出。

3銻化物II類超晶格長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的發(fā)展與現(xiàn)狀

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究人員用了近20年的時(shí)間對(duì)銻化物超晶格的理論和材料生長(zhǎng)進(jìn)行了研究，并獲得了突破性進(jìn)展。國(guó)際上研究銻化物II類超晶格的主要機(jī)構(gòu)有：德國(guó)應(yīng)用固體物理研究所（Institute fürAngewandte Festk?rperphysik，IAF）、美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心（Center for Quantum Devices，CQD）、新墨西哥大學(xué)高技術(shù)材料研究中心（Center for High Technology Materials）、空軍實(shí)驗(yàn)室（AirForce Research Laboratory）、海軍實(shí)驗(yàn)室（Naval ResearchLaboratory，NRL）、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JetPropulsion Laboratory）等。上述機(jī)構(gòu)對(duì)InAs/GaSb超晶格的理論設(shè)計(jì)、材料生長(zhǎng)、器件物理及焦平面工藝方面進(jìn)行了詳細(xì)研究并取得了大量成果。開(kāi)發(fā)了包括PIN、W結(jié)構(gòu)、PπMN結(jié)構(gòu)、BIRD、CBIRD結(jié)構(gòu)以及單極勢(shì)壘型等多種器件結(jié)構(gòu)的單元及焦平面探測(cè)器，主要體現(xiàn)在探測(cè)器制備規(guī)模的發(fā)展、器件暗電流和阻抗的改善、探測(cè)率和器件工作溫度提高等方面。

3.1 PIN型超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

PIN結(jié)構(gòu)是最基本的光伏型探測(cè)器結(jié)構(gòu)，屬于同質(zhì)結(jié)構(gòu)（Homo-Structure）。美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心采用13 ML InAs/7ML GaSb結(jié)構(gòu)的超晶格外延PIN結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波器件。器件的50%截止波長(zhǎng)為11 μm，對(duì)不同吸收層厚度對(duì)響應(yīng)率及量子效率的影響進(jìn)行了研究，擬合出量子效率隨吸收層厚度的變化關(guān)系。6 μm吸收層能實(shí)現(xiàn)54%的量子效率，如圖3所示，證明InAs/GaSb超晶格擁有僅次于相同截止波長(zhǎng)的HgCdTe探測(cè)器的量子效率。R0A（零偏壓時(shí)電阻值和器件面積的乘積）為102 Ω cm2，探測(cè)率達(dá)到2.2 × 1011cm Hz1/2 W?1。雖然PIN型探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)簡(jiǎn)便，但由于器件暗電流較大、阻抗較小，難以進(jìn)一步提升器件的工作溫度及性能。因此需要發(fā)展更合適的器件結(jié)構(gòu)來(lái)替代PIN結(jié)構(gòu)。

3.2“W”型超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

為了進(jìn)一步提升II類超晶格的響應(yīng)率及量子效率，海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）的Aifer等人提出一種能帶排列類似字母“W”的超晶格結(jié)構(gòu)，其能帶排列為AlGaSb/InAs/GaInSb/InAs，因形似字母“W”所以被稱之為“W”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)之前被用于量子阱激光器。其中用AlGaSb替代GaSb作電子勢(shì)壘降低電子的離域化，通過(guò)AlGaSb對(duì)電子波函數(shù)交疊的限制來(lái)增加超晶格中電子的有效質(zhì)量。同時(shí)，在每層InAs層中插入GaInSb勢(shì)壘層，以增加超晶格中電子波函數(shù)與空穴波函數(shù)的交疊，起到增加光吸收的作用。

圖3 吸收層厚度1 ~ 6 μm的器件在77 K條件下測(cè)試的響應(yīng)率、量子效率和探測(cè)率

從結(jié)果看，對(duì)于分別采用普通PIN結(jié)構(gòu)和該“W”結(jié)構(gòu)的探測(cè)器，當(dāng)吸收層厚度均為1 μm時(shí)，“W”結(jié)構(gòu)的量子效率相比普通結(jié)構(gòu)增加了55%，當(dāng)吸收層為4 μm時(shí)，量子效率相比普通結(jié)構(gòu)增加了35%。“W”結(jié)構(gòu)對(duì)增加器件的量子效率有一定的效果，但這種結(jié)構(gòu)由于每層之間都需要人為控制形成界面，生長(zhǎng)程序復(fù)雜，界面控制難度大，而且“W”結(jié)構(gòu)的截止波長(zhǎng)存在明顯的漂移，對(duì)波長(zhǎng)的控制較為困難。由于InAs/GaSb超晶格生長(zhǎng)過(guò)程中需要對(duì)界面進(jìn)行控制，對(duì)于“W”結(jié)構(gòu)而言，在InAs層中插入的GaInSb導(dǎo)致每個(gè)周期超晶格中的界面數(shù)量翻倍，無(wú)形中增加了超晶格的生長(zhǎng)難度。

3.3“M”型勢(shì)壘超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

在超晶格紅外探測(cè)器中，主要的暗電流機(jī)制有受溫度和摻雜影響的擴(kuò)散電流（Diffusion Current，Jdiff）；受耗盡層寬度、帶隙寬度及復(fù)合中心濃度影響的產(chǎn)生復(fù)合電流（Generation-Recombination Current，Jgr）；受器件帶隙寬度、陷阱能級(jí)、工作偏壓影響的陷阱輔助隧穿電流（Trap Assisted Tunneling Current，Jtat）以及受器件帶隙和工作偏壓影響的帶間隧穿電流（Band to Band Tunneling Current，Jbtb）。尋找適當(dāng)?shù)膭?shì)壘結(jié)構(gòu)可以有效降低Jgr及Jtat.在PπMN器件結(jié)構(gòu)中，最關(guān)鍵的是作為勢(shì)壘層的“M”型結(jié)構(gòu)超晶格?！癕”型超晶格的能帶結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過(guò)在GaSb層中間插入AlSb層就形成了類似大寫(xiě)字母“M”的能帶結(jié)構(gòu)。AlSb相比GaSb有更高的導(dǎo)帶帶階，AlSb的價(jià)帶帶邊又稍高于InAs的價(jià)帶帶邊，帶階可以限制導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴，起到抑制暗電流和提升阻抗的作用。AlSb層的插入還能增加超晶格的有效帶隙。此外，“M”結(jié)構(gòu)超晶格還能進(jìn)一步消除俄歇復(fù)合，同時(shí)M結(jié)構(gòu)超晶格生長(zhǎng)程序較簡(jiǎn)便。半經(jīng)驗(yàn)緊束縛法或sp3s*軌道雜化法能夠求解“M”型超晶格的微帶。適當(dāng)摻雜吸收層使其轉(zhuǎn)變?yōu)棣行停ㄈ鮌型）可以減少少數(shù)載流子在反偏電壓下的漂移電流。

圖4 “M”型超晶格的能帶結(jié)構(gòu)

美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心對(duì)“M”型超晶格中的AlSb層的厚度及AlSb層在GaSb層中位置的變化對(duì)器件性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)InAs層厚和GaSb層厚不變時(shí)，隨著AlSb層厚度增加，第一價(jià)帶向下移動(dòng)，而第二價(jià)帶由于兩個(gè)阱之間的相互作用較弱而向上移動(dòng)。當(dāng)AlSb處于一特定厚度時(shí)，第一價(jià)帶與第二價(jià)帶重合，形成價(jià)帶雙重簡(jiǎn)并，增加了電子從價(jià)帶向?qū)кS遷的概率，提高超晶格的光吸收能力。其次，當(dāng)AlSb層位于GaSb層的非對(duì)稱位置時(shí)，AlSb層越靠近InAs層，InAs層中電子波函數(shù)受到的調(diào)制越強(qiáng)，并且AlSb層位置變化對(duì)空穴能級(jí)的影響大于阱寬對(duì)能級(jí)的影響。以12 ML InAs/7 MLGaSb的超晶格作P型接觸層和π型吸收層，18 MLInAs/3 ML GaSb/5 ML AlSb/3 ML GaSb的超晶格作M層和N型接觸層形成PπMN結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波器件。其中P區(qū)、π區(qū)和N區(qū)的厚度分別為0.5，2和0.5 μm。M區(qū)厚度為0.5 μm時(shí)有200 Ωcm2，相比沒(méi)有“M”型勢(shì)壘的器件，阻抗增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。在50 mV的偏壓下，RAmax（電阻值和器件面積乘積的最大值）達(dá)到2000 Ω cm2，當(dāng)施加偏壓超過(guò)200 mV時(shí)，M區(qū)厚度超過(guò)0.3 μm的器件，暗電流下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。在采用M結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的器件中，隧穿電流在低偏壓下得到明顯抑制。R0Amax（零偏壓下電阻值和器件面積乘積的最大值）與R0Aave（零偏壓下電阻值和器件面積乘積的平均值）之間的差異也隨著M結(jié)構(gòu)厚度的增加而增加。材料外延質(zhì)量的提高并未完全等價(jià)于器件性能的提升，器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)器件性能的影響更為重要，PπMN結(jié)構(gòu)的器件在阻抗及暗電流方面比相同截止波長(zhǎng)的PIN結(jié)構(gòu)器件有明顯改善。

在80 K工作溫度下，320 × 256像素的PπMN結(jié)構(gòu)長(zhǎng)波焦平面實(shí)現(xiàn)了89%的平均量子效率，23 mK的噪聲等效溫差，低于3%的盲元率及良好的成像效果。2010年，美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了PπMN結(jié)構(gòu)的1024 × 1024像素的焦平面（Focal Plane Array，F(xiàn)PA），其中P型接觸區(qū)超晶格結(jié)構(gòu)為7 ML InAs/11 ML GaSb，厚度0.5 μm；π型吸收區(qū)結(jié)構(gòu)同樣為13ML InAs/7 ML GaSb，厚度4 μm；“M”型勢(shì)壘區(qū)結(jié)構(gòu)為18 ML InAs/3 ML GaSb/5 ML AlSb/3 ML GaSb，厚度0.5μm；采用氧化硅硬掩模及ICP干法刻蝕的工藝形成臺(tái)面，臺(tái)面尺寸18μm，通過(guò)PECVD蒸覆氧化硅形成物理鈍化層。采用銦柱倒裝焊將FPA與讀出電路（Read Out Circuit，ROIC）連接。工作溫度81 K，偏壓25 mV下平均量子效率達(dá)到75%，截止波長(zhǎng)11 μm，暗電流密度3.3× 10?4 A cm?2，阻抗224 Ω cm2，NEDT為23.6 mK。68 K的溫度下NEDT為22.5 mK，如圖5所示，F(xiàn)PA成像效果良好。

3.4 CBIRD結(jié)構(gòu)超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

加州理工噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室推出了CBIRD（Complementary Barrier Infrared Detector）結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波探測(cè)器，其能帶結(jié)構(gòu)如圖6所示。結(jié)構(gòu)中同時(shí)引入了電子勢(shì)壘層和空穴勢(shì)壘層，通過(guò)電子勢(shì)壘層承擔(dān)主要分偏壓，盡可能地減小吸收層的電壓降，同時(shí)降低產(chǎn)生復(fù)合暗電流，頂層的空穴勢(shì)壘用來(lái)阻擋空穴向P區(qū)擴(kuò)散，在介電弛豫的作用下，使過(guò)?？昭ㄖ匦路植己笈cN區(qū)注入的電子復(fù)合。器件在77 K，200 mV的偏壓下峰值量子效率在8.2 μm處達(dá)到40%，吸收層厚4μm，50%截止波長(zhǎng)9.9 μm，器件暗電流低于1 × 10?5 A cm?2，零偏阻抗達(dá)到1.4× 104 Ω cm2。87與101 K時(shí)探測(cè)器的背景限探測(cè)率分別為1.1×1011和2.6×1010 cm Hz1/2 W?1。一年后，基于該結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波焦平面制備成功，像元數(shù)量1024×1024，尺寸17.5 μm，截止波長(zhǎng)11.5 μm，平均量子效率21%，盲元率低于4%，80 K時(shí)焦平面NEDT為53 mK。

圖5 PπMN結(jié)構(gòu)的1024 × 1024長(zhǎng)波焦平面成像效果圖。(a)工作溫度為81 K；(b)工作溫度為68 K。

2013年，該課題組開(kāi)發(fā)了一種在吸收層與底接觸層之間具有雙破隙型p-n結(jié)的改良型CBIRD長(zhǎng)波器件，旨在降低材料的生長(zhǎng)難度。通過(guò)器件結(jié)構(gòu)仿真發(fā)現(xiàn)，改良型CBIRD器件與原有結(jié)構(gòu)相比，具有較低的導(dǎo)通偏壓。同時(shí)少數(shù)載流子的抽取效應(yīng)有助于降低擴(kuò)散限制CBIRD器件的暗電流?；诟牧夹虲BIRD結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)了320 × 256像素的焦平面探測(cè)器，截止波長(zhǎng)9 μm，在78及65 K的工作溫度下，器件噪聲等效溫差分別為18.6及12 mK。

3.5其他結(jié)構(gòu)InAs/GaSb超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

Sundaram和Bundas基于InAs/AlSb超晶格作為勢(shì)壘層的長(zhǎng)波FPA探測(cè)器。液氮溫度下，截止波長(zhǎng)9.5 μm，平均量子效率50%，NEDT為30 mK，像元數(shù)量和尺寸分別為1024 × 1024和18 μm。

圖6 CBIRD器件的能帶結(jié)構(gòu)

以色列研制了基于InAs/AlSb勢(shì)壘層及InAs/GaSb的吸收層的異質(zhì)結(jié)PBπP長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器，像元數(shù)量640 × 512，像元尺寸15 μm，平均量子效率>50%，噪聲等效溫差15 mK。該結(jié)構(gòu)的焦平面在性能上已經(jīng)非常接近HgCdTe長(zhǎng)波焦平面探測(cè)器。

上述幾種II類超晶格長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器的性能參數(shù)如表1所示。

表1 各種II類超晶格長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器的性能參數(shù)

3.6 InAs/InAsSb超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器

在過(guò)去的10年中， 基于各種結(jié)構(gòu)的兆像素長(zhǎng)波紅外焦平面逐漸問(wèn)世，在大約80 K的工作溫度下，噪聲等效溫差都保持在20 mK左右。在不超過(guò)80 K的工作溫度下，長(zhǎng)波InAs/GaSb超晶格焦面在性能上逐漸靠近目前的HgCdTe焦平面性能。尤其是采用PπMN及CBIRD結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波焦平面。然而，II類超晶格仍然沒(méi)有達(dá)到其理論性能的極限。之前提到過(guò)，InAs/GaSb超晶格的俄歇復(fù)合概率遠(yuǎn)低于HgCdTe，所以其暗電流應(yīng)比HgCdTe探測(cè)器低，但在實(shí)際的InAs/GaSb超晶格器件中并未體現(xiàn)出來(lái)，主要原因是在InAs/GaSb超晶格材料中少數(shù)載流子壽命極低，典型的InAs/GaSb少子壽命低于100 ns，即使通過(guò)優(yōu)化InAs/GaSb超晶格界面，在InAs與GaSb之間引入InSb界面，InAs/GaSb超晶格中的少子壽命最多能到156 ns，仍遠(yuǎn)低于HgCdTe中μs級(jí)甚至ms級(jí)的少子壽命。導(dǎo)致InAs/GaSb存在嚴(yán)重的Schockley-Read-Hall（SRH）復(fù)合現(xiàn)象。根據(jù)SRH機(jī)制的統(tǒng)計(jì)理論，當(dāng)陷阱中心的能級(jí)越接近禁帶中央時(shí)，SRH復(fù)合概率越大。耗盡層形成的缺陷能級(jí)主要取決于費(fèi)米能級(jí)的位置，在GaSb體材料中，穩(wěn)定的費(fèi)米能級(jí)處于靠近價(jià)帶或禁帶中央的位置，而在InAs體材料中，穩(wěn)定的費(fèi)米能級(jí)處于導(dǎo)帶底之上。因此位于GaSb禁帶中央附近的缺陷能級(jí)成為載流子復(fù)合通道，極大地增加了GaSb中的少子復(fù)合概率，而InAs中的缺陷能級(jí)則不會(huì)對(duì)SRH復(fù)合產(chǎn)生貢獻(xiàn)。這就表明InAs中的少子壽命高于GaSb中的少子壽命?？梢约俣?，與GaSb有關(guān)的本征缺陷是導(dǎo)致InAs/GaSb超晶格中受SRH機(jī)制限制的低少子壽命的主要原因。由于Ga本身的原因，在InAs/GaSb超晶格中引入了大量的復(fù)合中心，從而引入了由SRH復(fù)合機(jī)制主導(dǎo)的產(chǎn)生復(fù)合暗電流，極大地降低了少子壽命。因此提出了不含Ga的InAs/InAsSb超晶格，旨在規(guī)避由禁帶中央缺陷能級(jí)產(chǎn)生的復(fù)合中心引起的產(chǎn)生復(fù)合暗電流，并將少子壽命提高到接近HgCdTe材料的水平。

在InAs/InAsSb超晶格材料體系中，少子壽命隨著InAsSb層中Sb含量的增加及InAsSb層厚度的減小而增加。與InAs/GaSb超晶格一樣，電子阱與空穴阱分別是InAs層及InAsSb層，所以InAs/InAsSb超晶格中電子與空穴的復(fù)合概率急劇降低。分子束外延生長(zhǎng)的InAs/InAsSb超晶格已經(jīng)能達(dá)到接近400 ns的少子壽命，相比InAs/GaSb超晶格有較大提高。

2012年，亞利桑那大學(xué)以InAs/InAs0.62Sb0.38超晶格作為吸收層及接觸層，以InAs/Al0.8Ga0.2As0.03Sb0.97作勢(shì)壘層，實(shí)現(xiàn)了nBn結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波紅外單元器件。nBn結(jié)構(gòu)可以有效地降低器件中的產(chǎn)生復(fù)合電流，電子擴(kuò)散電流，同時(shí)勢(shì)壘層還能抑制側(cè)壁漏電流。在77 K，12 μm，?0.3 V的偏壓下，器件峰值響應(yīng)率0.24 A W?1，量子效率2.5%，0.3 V時(shí)阻抗為330 Ω cm2，由于極低的量子效率，器件在12 μm處達(dá)到的峰值探測(cè)率僅為1 × 108 cm Hz1/2W?1。

2014年，西北大學(xué)量子器件中心開(kāi)發(fā)了nBn結(jié)構(gòu)的InAs/InAsSb超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器，其中N型接觸層及吸收層的超晶格結(jié)構(gòu)為28 ML InAs/7 ML InAs0.45Sb0.55。增加InAsSb層中較高的Sb的含量能實(shí)現(xiàn)材料的響應(yīng)波長(zhǎng)，避免因增加InAs層提高響應(yīng)波長(zhǎng)帶來(lái)的量子效率下降的問(wèn)題，該結(jié)構(gòu)吸收層的峰值PL在9.7 μm處。在InAs層中插入寬帶隙的AlAs層形成勢(shì)壘層，其結(jié)構(gòu)為6 ML InAs/2 ML AlAs/6 MLInAs/7 ML InAs0.45Sb0.55，避免了采用InAs/AlGaAsSb超晶格在能帶匹配及組分控制困難上的問(wèn)題，同時(shí)勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)中的InAsSb層與吸收層結(jié)構(gòu)中的InAsSb層保持厚度組分可以最大程度地減小勢(shì)壘區(qū)與吸收區(qū)之間的價(jià)帶帶階，由于AlAs層與InAs的晶格失配很大，AlAs層的厚度要限制在臨界厚度以內(nèi)。77 K時(shí)，單元器件50%截止波長(zhǎng)為9.7μm，6 μm厚的吸收層在90 mV偏壓下在7.9 μm的峰值響應(yīng)率和峰值量子效率分別為3.47 A W?1和54%。在同樣的偏壓下，器件暗電流為4.4 × 10?4 A cm?2，動(dòng)態(tài)阻抗為119 Ω cm2。峰值探測(cè)率達(dá)2.8 × 1011cm Hz1/2 W?1，10 μm處的探測(cè)率為5 × 1010 cm Hz1/2 W?1，110 K時(shí)成為背景限制探測(cè)器（Background-Limited InfraredPhotodetection，BLIP）。由于AlAs與InAs之間存在較大的失配，導(dǎo)致AlAs層的厚度被嚴(yán)格限制，限制了勢(shì)壘層的設(shè)計(jì)靈活性。用AlAs0.5Sb0.5代替AlAs層，提高勢(shì)壘層設(shè)計(jì)的靈活性。在該器件中，吸收層結(jié)構(gòu)仍為28 ML InAs/7 ML InAs0.45Sb0.55，勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)變?yōu)? ML InAs/3 MLAlAs0.5Sb0.5/4 ML InAs/3 ML AlAs0.5Sb0.5/4ML InAs/9 ML InAs0.5Sb0.5，峰值響應(yīng)偏壓為80mV， 77 K時(shí)，電流密度和阻抗分別為8 × 10?5A cm?2和664 Ω cm2。當(dāng)溫度低于100 K時(shí)，漏電流受產(chǎn)生復(fù)合電流和擴(kuò)散電流同時(shí)支配，當(dāng)溫度高于100 K時(shí)，暗電流的主要機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散電流。77 K， 80 mV偏壓下，7.5 μm的峰值探測(cè)率為4.7×1011 cm Hz1/2 W?1，成為背景限制探測(cè)器時(shí)的溫度高于110 K。

在上述器件中， 產(chǎn)生復(fù)合電流在較低溫度下仍然是主要的漏電機(jī)制，為了進(jìn)一步遏制產(chǎn)生復(fù)合電流，采用了雙勢(shì)壘層的設(shè)計(jì)，其能帶結(jié)構(gòu)如圖7所示，一層是AlAsSb/GaSb超晶格，另一層是InAs/InAsSb中波超晶格，雙勢(shì)壘層可以讓更多的偏壓降落在寬帶隙區(qū)域，減少耗盡區(qū)在吸收層的寬度，降低產(chǎn)生負(fù)荷電流。頂層用P型GaSb替代原來(lái)的N型InAs/InAsSb超晶格接觸層，形成CpDBn結(jié)構(gòu)的器件。采用雙階梯臺(tái)面，減小吸收區(qū)與勢(shì)壘區(qū)的結(jié)面積，抑制產(chǎn)生復(fù)合電流。暗電流密度相比之前減小2.5倍，峰值探測(cè)率突破1012 cm Hz1/2 W?1，達(dá)到1.2×1012 cm Hz1/2 W?1。針對(duì)InAs/GaSb超晶格中復(fù)合中心的問(wèn)題，Krishnamurthy和Yu采用第一性原理與經(jīng)驗(yàn)型緊束縛結(jié)合對(duì)InAs/GaSb超晶格組分與超晶格中缺陷能級(jí)的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的研究，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)在某些特定的超晶格組分、超晶格的帶隙中由缺陷導(dǎo)致的復(fù)合中心消失。例如，組分為17 ML InAs/8 ML GaSb截止波長(zhǎng)在11.6 μm的長(zhǎng)波超晶格及20 MLInAs/9 ML GaSb截止波長(zhǎng)在17.5 μm的甚長(zhǎng)波超晶格的有效帶隙中均沒(méi)有致命的缺陷能級(jí)，說(shuō)明這兩種結(jié)構(gòu)的超晶格具有較長(zhǎng)的少子壽命。

雖然InAs/InAsSb超晶格與InAs/GaSb超晶格相比有較長(zhǎng)的少子壽命、較低的產(chǎn)生復(fù)合電流，但是與InAs/GaSb超晶格相比，InAs/InAsSb超晶格的吸收系數(shù)較低，導(dǎo)致InAs/InAsSb器件的量子效率偏低，最終導(dǎo)致InAs/InAsSb超晶格長(zhǎng)波器件在性能上弱于InAs/GaSb超晶格的長(zhǎng)波器件。這也可能是目前沒(méi)有出現(xiàn)關(guān)于InAs/InAsSb超晶格長(zhǎng)波焦平面報(bào)道的原因。在InAs/InAsSb超晶格中由于Sb在InAs和InAsSb界面的存在擴(kuò)散及偏析現(xiàn)象，導(dǎo)致InAs/InAsSb超晶格的吸收帶邊發(fā)生變化，InAsSb層中的Sb組分對(duì)溫度及束流波動(dòng)或者溫度及束流的不均勻性較為敏感，較難滿足焦平面對(duì)材料均勻性要求較高的需求。

圖7 CpDBn結(jié)構(gòu)的能帶示意圖

通過(guò)采用上述不同器件結(jié)構(gòu)及超晶格組分來(lái)抑制Jdiff、Jgr、Jtat和Jbtb這類體內(nèi)主要漏電機(jī)制。在紅外探測(cè)器中，除體內(nèi)漏電外還有表面漏電流，表面漏電主要來(lái)自于器件臺(tái)面的側(cè)壁漏電通道。臺(tái)面刻蝕在側(cè)壁留下了大量的懸掛鍵，這些懸掛鍵形成了側(cè)壁漏電通道。采用表面硫化+蒸鍍二氧化硅鈍化層或者直接使用SU-8膠覆蓋的方式來(lái)填充臺(tái)面?zhèn)缺诘膽覓戽I，阻斷表面漏電溝道。在側(cè)壁蒸鍍柵電極，并在柵電極施加一個(gè)負(fù)電勢(shì)，使臺(tái)面?zhèn)缺诜葱停纬呻娮幼钃鯇幼钄啾砻媛╇姟?/p>

3.7 II類超晶格長(zhǎng)波雙色及多色焦器件

雖然單一的長(zhǎng)波紅外探測(cè)已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用，但在單色成像中，圖像的對(duì)比度僅僅是積分強(qiáng)度的差異。視場(chǎng)中的各物體可能具有不同的溫度或具有不同的發(fā)射光譜，但是在發(fā)射相同積分強(qiáng)度的物體之間界限并不明顯。在單一長(zhǎng)波探測(cè)通道的基礎(chǔ)上增加一個(gè)額外探測(cè)通道，形成雙通道或者多通道探測(cè)。雙色或多色探測(cè)通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的光譜窗口來(lái)增強(qiáng)對(duì)比度，同時(shí)可以區(qū)分具有不同發(fā)射譜的任何兩個(gè)物體。通過(guò)比較相對(duì)信號(hào)響應(yīng)，雙色探測(cè)器能夠自校準(zhǔn)并提供更高的靈敏度。雙色和多色成像的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠在對(duì)比度過(guò)高的場(chǎng)景中顯示出細(xì)節(jié)豐富的特征。兩個(gè)黑體輻照度之間的對(duì)比度基本決定于波長(zhǎng)，因此成像質(zhì)量很大程度上取決于探測(cè)器收集信號(hào)的光譜范圍。

2011年，美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心基于單色的PπMN長(zhǎng)波器件開(kāi)發(fā)了背靠背結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波雙色探測(cè)器，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了焦平面探測(cè)器。該長(zhǎng)波雙色器件的藍(lán)色通道與紅色通道均為PπMN結(jié)構(gòu)，其中藍(lán)色通道的吸收層超晶格結(jié)構(gòu)為11 ML InAs/7 ML GaSb，截止波長(zhǎng)9.5 μm，紅色通道吸收層的超晶格結(jié)構(gòu)為13 MLInAs/7 ML GaSb，截止波長(zhǎng)13 μm。吸收層均為2 μm，零偏下，藍(lán)色通道在4–8 μm有接近40%的量子效率，200 mV時(shí)，紅色通道在4–12 μm達(dá)到30%以上的量子效率。藍(lán)色通道與紅色通道在0與150 mV下的峰值探測(cè)率分別為5×1011和1×1011 cm Hz1/2 W?1。焦平面像素320 × 256，81 K時(shí)，藍(lán)色通道和紅色通道的NEDT分別為19.5和20.8 mK?！癕”型勢(shì)壘結(jié)構(gòu)降低了器件暗電流，提高了阻抗，為提高成像信噪比奠定了良好的基礎(chǔ)。

在器件材料、結(jié)構(gòu)及制備條件不變的情況下，開(kāi)發(fā)了更高像素的長(zhǎng)波雙色焦平面，像素640×512，像元尺寸30 μm，81K時(shí)，藍(lán)色與紅色通道的積分時(shí)間分別為0.51和0.20 ms，等效噪聲溫差分別為15和20 mK。該結(jié)構(gòu)的焦平面使實(shí)現(xiàn)高靈敏度的多光譜成像成為可能，即使在甚長(zhǎng)波波段也很有可能實(shí)現(xiàn)相似的焦平面成像效果。

Huang等人于2012年開(kāi)發(fā)了n-p-p-n“背靠背”結(jié)構(gòu)的中長(zhǎng)波雙色焦平面探測(cè)器，其中中波吸收區(qū)結(jié)構(gòu)7.5 ML InAs/10 ML GaSb，長(zhǎng)波吸收區(qū)為13 MLInAs/7 MLGaSb， 長(zhǎng)波通道及中波通道均帶有“M”型勢(shì)壘結(jié)構(gòu)。通過(guò)偏壓選型的連續(xù)工作模式分別實(shí)現(xiàn)對(duì)中波和長(zhǎng)波信號(hào)的探測(cè)。中波和長(zhǎng)波的截止波長(zhǎng)分別為5和12 μm，飽和響應(yīng)偏壓分別為0和200 mV。零偏下中波在2.5–5 μm的探測(cè)率保持在1012以上，長(zhǎng)波在5–11 μm探測(cè)率在1011以上。焦面像素320×256，像元尺寸30 μm，77 K時(shí)，中波與長(zhǎng)波的NEDT分別為10和30 mK，如圖8所示，紅藍(lán)通道均成像良好。不同波段之間的信號(hào)串?dāng)_是雙色或多色探測(cè)器通常需要表征的指標(biāo)，該器件的串?dāng)_較低，僅17%，表明中波通道對(duì)5 μm波長(zhǎng)以下的紅外輻射吸收較為徹底。

美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心開(kāi)發(fā)了基于InAs/In-AsSb/AlSb超晶格的中長(zhǎng)波雙色單元探測(cè)器，其中長(zhǎng)波通道吸收層的超晶格結(jié)構(gòu)為28 ML InAs/7 ML InAs0.48Sb0.52， 中波通道吸收區(qū)的超晶格結(jié)構(gòu)為6 ML InAs/2 ML AlAs/6 ML InAs/7 ML InAs0.48Sb0.52，在兩個(gè)吸收層之間是結(jié)構(gòu)為4 ML InAs/2 ML AlAs/4 ML InAs/7 ML InAs0.48Sb0.52的勢(shì)壘層，用來(lái)防止兩個(gè)波段之間的串?dāng)_，下接觸層為N型，形成nBn結(jié)構(gòu)的中長(zhǎng)波雙色探測(cè)器。中波吸收層與長(zhǎng)波吸收層的厚度均為2 μm，中波通道和長(zhǎng)波通道的響應(yīng)飽和偏壓分別為100和150 mV，50%截止波長(zhǎng)分別為5.1和9 μm，在4和7 μm處的峰值量子效率分別為45%和40%，對(duì)應(yīng)偏壓下的器件阻抗分別達(dá)到106和75 Ω cm2。該器件中波及長(zhǎng)波的峰值探測(cè)率分別為8.2×1012和1.6×1011 cmHz1/2 W?1，但是該nBn中長(zhǎng)雙色器件的的串?dāng)_較明顯，選擇比較低。

此外，其他機(jī)構(gòu)也報(bào)道了對(duì)銻化物超晶格長(zhǎng)長(zhǎng)波雙色及中長(zhǎng)波雙色探測(cè)器的研究成果。

圖8 不同偏壓下的導(dǎo)帶排列示意圖

三色及以上的多色探測(cè)是第四代焦平面的發(fā)展目標(biāo)，新墨西哥大學(xué)2011年研制了短波/中波/長(zhǎng)波三色探測(cè)器，其中短波和中波組成nBn結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)波為單獨(dú)的NBπP結(jié)構(gòu)。在中波和短波兩端有N型接觸層，通過(guò)施加偏壓選型來(lái)控制中波和短波響應(yīng)，在長(zhǎng)波底部是P型接觸層，頂部與中波通通道共用N型接觸層，在長(zhǎng)波通道的頂部和底部分別施加正偏和反偏，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波通道的響應(yīng)。通過(guò)三個(gè)電極來(lái)提取短波、中波及長(zhǎng)波波段的響應(yīng)信號(hào)。中波與短波吸收層的超晶格結(jié)構(gòu)分別為5 ML InAs/10 ML GaSb和8 ML InAs/8 ML GaSb，短波和中波之間的勢(shì)壘層為100 nm的Al0.2Ga0.8Sb體材料， 長(zhǎng)波通道中N型接觸層: 16 ML InAs/7 ML GaSb，勢(shì)壘層: 16 ML InAs/4 ML AlSb，吸收層: 14 ML InAs/7 MLGaSb及P型接觸層: 5 ML InAs/10 MLGaSb。中波與短波的飽和偏壓分別為0.5和0.6 mV，截止波長(zhǎng)分別在4.7和3 μm，短波、中波和長(zhǎng)波在2.5，4和8.9 μm處的量子效率分別為14.9%，12.7%和10.7%。飽和偏壓下的中波和短波通道暗電流密度分別是3 × 10?5和2 × 10?6 A cm?2。長(zhǎng)波通道在10 mV的偏壓下達(dá)到飽和響應(yīng)，截止波長(zhǎng)10 μm，暗電流密度1.8×10?4 A cm?2。77 K時(shí)，短波、中波和長(zhǎng)波的峰值探測(cè)率分別為1.4×1010，1.8×1010和1.5×109 cm Hz1/2 W?1。該器件在世界上首次實(shí)現(xiàn)II類超晶格的三色探測(cè)器，但該器件的長(zhǎng)波與短波之間串?dāng)_較明顯，需要繼續(xù)改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)。

2016年，美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心開(kāi)發(fā)了兩電極偏壓選型的II類超晶格三色器件，整個(gè)器件的能帶設(shè)計(jì)類似于PNP結(jié)構(gòu)，如圖8所示，當(dāng)施加正偏時(shí)，中波和長(zhǎng)波通道導(dǎo)通并輸出信號(hào)；當(dāng)施加反偏時(shí)，短波通道導(dǎo)通。由于該器件的中波與長(zhǎng)波通道均在正偏時(shí)導(dǎo)通，通過(guò)控制正偏的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)中波和長(zhǎng)波的分別響應(yīng)。在77 K下，短波、中波與長(zhǎng)波的飽和偏壓分別為?2，1和4.5 V，短、中、長(zhǎng)波的峰值響應(yīng)率分別為0.54 A W?1 (1.7 μm)， 0.8 A W?1(4 μm)，1 A W?1(7.2 μm)，對(duì)應(yīng)的暗電流密度分別為1.9×10?9，2.1×10?4，7.6×10?3 A cm?2。在77 K和飽和響應(yīng)偏壓的條件下，短波、中波和長(zhǎng)波的峰值探測(cè)率分別為3×1013，1.0×1011和2.0×1010 cm Hz1/2 W?1。雖然該結(jié)構(gòu)三色探測(cè)器的中波與長(zhǎng)波通道串?dāng)_較大，但通過(guò)巧妙的能帶設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩電極對(duì)三個(gè)波段的偏壓選型控制，極大地降低了器件工藝難度，有利于多色焦平面的制造。

4國(guó)內(nèi)銻化物超晶格探測(cè)器的發(fā)展概況

相比國(guó)外銻化物超晶格材料器件的研究，國(guó)內(nèi)研究起步較晚，特別是面對(duì)西方國(guó)家在紅外技術(shù)方面的封鎖，我國(guó)自身半導(dǎo)體紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不成熟，在很多產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵設(shè)備上依然要依賴進(jìn)口。盡管如此，從2007年開(kāi)始中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始超晶格探測(cè)器的研究，隨后國(guó)內(nèi)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)也逐漸開(kāi)展銻化物材料的研究工作，主要包括：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院、昆明物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)春理工大學(xué)等. 受限制于國(guó)內(nèi)銻化物材料研究基礎(chǔ)薄弱，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容涉及GaSb基片材料、InAs/GaSb超晶格材料及探測(cè)器、銻化物量子阱材料及激光器、銻化物高遷移率電子學(xué)材料及InAs/AlSb溝道高電子遷移率（High Electron MobilityTransistor，HEMT）器件等多個(gè)方面. 特別是中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所和半導(dǎo)體研究所近年來(lái)相繼在銻化物InAs/GaSb超晶格探測(cè)器與焦平面器件的研究工作中取得階段性成果。如2007年中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所報(bào)道了GaAs基InAs/GaSb超晶格材料和光導(dǎo)探測(cè)器，2010和2011年先后實(shí)現(xiàn)了5和9 μm波段光伏探測(cè)器等。2013年半導(dǎo)體研究所和上海技術(shù)物理研究所相繼制備完成128×128像元焦平面探測(cè)器和長(zhǎng)波單元探測(cè)器。

2015年，半導(dǎo)體研究所制備了基于PπMN結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波焦平面探測(cè)器，器件結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的能帶圖如圖9所示，采用干法刻蝕工藝形成臺(tái)面，硫化和濺射二氧化硅形成側(cè)壁鈍化。焦平面像素320×256，像元尺寸30 μm。響應(yīng)飽和偏壓50 mV，77 K時(shí)器件的峰值量子效率為35%，零偏壓時(shí)的阻抗為224 Ω cm2，最終的探測(cè)率為4.2×1010 cm Hz1/2 W?1. 焦面噪聲等效溫差為40.7 mK時(shí)的成像效果如圖10所示。

2016年，進(jìn)一步研制出基于PπMN背靠背結(jié)構(gòu)、320×256像素的中長(zhǎng)波雙色焦平面探測(cè)器，中波和長(zhǎng)波通道的飽和偏壓分別為0和?170 mV，77 K時(shí)，中波和長(zhǎng)波通道的截止波長(zhǎng)分別為4.5和10 μm，峰值量子效率分別為53%(3.2 μm)和40% (9.1 μm)。中波和長(zhǎng)波通道在飽和偏壓下的阻抗分別為7×104和14 Ω cm2， 峰值探測(cè)率分別為2.2×1012和2.3×1010 cmHz1/2 W?1。77 K時(shí)焦面中波和長(zhǎng)波通道的等效溫差分別為18和36 mK。該中長(zhǎng)波雙色焦平面的成像效果圖如圖11所示，其中圖11(a)為中波通道成像，圖11(b)為長(zhǎng)波通道成像，可見(jiàn)成像清晰。

基于PπMN結(jié)構(gòu)的320×256及640×512像素的InAs/GaSb超晶格甚長(zhǎng)波紅外焦平面紅外探測(cè)器也相繼研制成功，像元尺寸分別為30和15 μm，等效噪聲溫差由54 mK提升到32 mK，其中640×512焦平面實(shí)際成像效果如圖12所示。

圖9 器件結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的能帶示意圖

圖10 320×256像素長(zhǎng)波焦平面在77 K時(shí)的成像效果

圖11 溫度為77 K時(shí)，320×256雙色焦平面成效效果圖。(a)中波通道; (b) 長(zhǎng)波通道

圖12 640×512像素甚長(zhǎng)波焦平面成像效果

此外，上海技術(shù)物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位對(duì)應(yīng)用于不同波段的超晶格材料及器件開(kāi)展了不同程度的研究，并取得一定成果。

由于紅外成像在軍用方面的迫切需求，美國(guó)啟動(dòng)了針對(duì)II類超晶格紅外焦平面探測(cè)器的VISTA計(jì)劃，旨在實(shí)現(xiàn)超高性能、超大陣面的II類超晶格長(zhǎng)波探測(cè)器和高性能、大陣面、小像元的中長(zhǎng)波雙色焦平面探測(cè)器。通過(guò)采用橫向整合的合作模式，在該計(jì)劃中分別由JPL負(fù)責(zé)器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，IQE和IET完成器件外延，Raythoen公司提供讀出電路，最后由HRL完成焦平面工藝并與讀出電路進(jìn)行整合。2017年完成了1280×720像素的超晶格中長(zhǎng)波雙色高性能焦平面探測(cè)器。更重要的是驗(yàn)證了焦平面的可靠性、穩(wěn)定性和外延及工藝的重復(fù)性。在該項(xiàng)目中，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)通過(guò)大量借鑒或直接采用HgCdTe焦平面探測(cè)器的合作模式和經(jīng)驗(yàn)，直接或間接啟用HgCdTe焦平面制造領(lǐng)域的專家，同時(shí)摒棄了之前HgCdTe焦平面探測(cè)器的縱向合作模式，極大地加快了項(xiàng)目進(jìn)度。借鑒VISTA計(jì)劃的合作模式可以加快國(guó)內(nèi)單位在超晶格焦平面探測(cè)器領(lǐng)域由科研走向生產(chǎn)的速度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的真正結(jié)合。

5銻化物超晶格材料與器件技術(shù)瓶頸與展望

在長(zhǎng)波紅外探測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，基于III-V銻化物的探測(cè)器技術(shù)作為HgCdTe探測(cè)器材料的最佳替代方案正在快速發(fā)展。在破隙型II類超晶格中獨(dú)立地調(diào)整導(dǎo)帶和價(jià)帶邊緣位置的特點(diǎn)有利于單極勢(shì)壘型器件中的能帶設(shè)計(jì)。單極勢(shì)壘型中的勢(shì)壘結(jié)構(gòu)，用于提高光生載流子的收集概率并減少耗盡層的產(chǎn)生復(fù)合電流而不抑制光電流。在過(guò)去的10年中，基于銻化物超晶格的長(zhǎng)波及長(zhǎng)波雙色焦平面技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到接近HgCdTe長(zhǎng)波的水平。II類超晶格技術(shù)的快速成熟及突破不僅取決于III-V族材料外延生長(zhǎng)理論及技術(shù)的進(jìn)步及III-V族器件成熟的工藝，更重要的是取決于各種合理的器件設(shè)計(jì)方案。銻化物紅外焦平面技術(shù)仍處于技術(shù)發(fā)展階段，依靠能帶工程改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)銻化物超晶格紅外探測(cè)器的潛力。理論上來(lái)說(shuō)，雖然III-V族銻化物紅外探測(cè)器具有超越HgCdTe探測(cè)器的潛力，但由于在產(chǎn)生復(fù)合電流、隧穿電流及表面鈍化等方面還需要進(jìn)一步提高，所以目前銻化物II類超晶紅外焦平面的性能還無(wú)法達(dá)到理論預(yù)計(jì)水平。

從性能上看，銻化物超晶格的擴(kuò)散電流限制的焦平面可以達(dá)到接近HgCdTe探測(cè)器的水平，但所需要的工作溫度較低。然而，降低紅外成像系統(tǒng)的最終成本只能通過(guò)實(shí)現(xiàn)耗盡電流限制的焦平面在室溫下工作來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)其像元密度需要與光學(xué)系統(tǒng)的背景限和衍射限相匹配。大陣面、超小像素衍射限和背景限的HgCdTe中波和長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器預(yù)計(jì)將在未來(lái)10年實(shí)現(xiàn)室溫工作的目標(biāo)?？朔蘒nAs/GaSb超晶格的產(chǎn)生復(fù)合電流過(guò)大的缺點(diǎn)將是今后II類超晶格的突破重點(diǎn)。提高InAs/GaSb的少子壽命相當(dāng)困難，雖然InAs/In-AsSb的少子壽命較高，但其低下的量子效率又成了新的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)InAs/GaSb超晶格組分的調(diào)整來(lái)優(yōu)化超晶格的能帶結(jié)構(gòu)，避免在禁帶中形成缺陷能級(jí)是一個(gè)比較有潛力的研究方向，增加少子壽命，減小由SRH機(jī)制引起的產(chǎn)生復(fù)合電流，使InAs/GaSb超晶格焦平面的工作溫度達(dá)到理論預(yù)計(jì)水平。此外具備更高響應(yīng)率的異質(zhì)結(jié)晶體管（Heterojunction Phototransistor，HPT）也是紅外探測(cè)器的重要發(fā)展方向，目前已成功應(yīng)用于中波紅外探測(cè)器，將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于長(zhǎng)波紅外探測(cè)器是下一個(gè)目標(biāo)?？s小像元尺寸和優(yōu)化F-number可以在提高焦平面性能的同時(shí)進(jìn)一步滿足紅外成像裝置對(duì)小型化、低功耗的不斷追求。

6結(jié)論

銻化物超晶格材料本身具有低于1 μs的少子壽命，基于銻化物體材料和超晶格的紅外焦平面探測(cè)器需要設(shè)計(jì)成帶勢(shì)壘層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，如“M”型勢(shì)壘、單極勢(shì)壘等，且在較低的溫度下才能具有較好的工作狀態(tài)，因此在較低的工作溫度下銻化物超晶格紅外焦平面探測(cè)器的擴(kuò)散電流受到限制。理論上，銻化物超晶格探測(cè)器在等效截止波長(zhǎng)下能提供與HgCdTe相當(dāng)?shù)男阅埽陂L(zhǎng)波及以上波段甚至能超越HgCdTe探測(cè)器，但由于少子壽命的固有差距，導(dǎo)致銻化物超晶格焦平面探測(cè)器難以達(dá)到理論預(yù)期水平。而在銻化物超晶格焦平面工藝方面，其面臨的主要難點(diǎn)在臺(tái)面刻蝕、臺(tái)面?zhèn)缺阝g化、圖形轉(zhuǎn)移精度、臺(tái)面?zhèn)缺趽p傷及臺(tái)面高效鈍化等方面。

銻化物超晶格高質(zhì)量、高均勻性和穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)依然明顯。因此，基于銻化物超晶格的紅外焦平面在可操作性、空間均勻性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、可生產(chǎn)性、可重復(fù)性和成本方面更有優(yōu)勢(shì)。過(guò)去10年中，銻化物超晶格的快速發(fā)展表明，銻化物材料體系極有希望替代HgCdTe材料體系，成為未來(lái)紅外成像系統(tǒng)的主要材料體系。

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