图1 GFPT结构T2SL探测器示意图
红外探测器已被广泛应用于物体识别、癌症检测等领域。目前，中红外光敏材料主要包括碲镉汞（HgCdTe）合金和III-V T2SL。HgCdTe合金在器件性能方面具有一些优势，但其低成品率和高成本限制了其可用性。InAs/GaSb T2SL材料具有较小的隧穿电流和受抑制的Auger复合机制，是HgCdTe的可能替代品，但其光吸收系数低于HgCdTe合金。近年来，人们研究了利用介电、表面金属和三维等离子腔结构等微结构来增强材料的光吸收。然而，表面金属微结构增加了材料的光学损耗，三维等离子体腔微结构需要对材料外延结构进行修改。
器件制备
他们使用标准光刻法和湿法蚀刻制造了GFPT结构的中红外T2SL探测器，器件的制造工艺流程如图1所示。使用磁控溅射沉积Ti/Au（30Å/500Å）形成顶部和底部金属接触电极。随后，用柠檬酸将GFPT结构蚀刻（0.8μm深）至T2SL吸收区。蚀刻掩模是一个通过激光直写在T2SL材料表面形成的20nm厚的S1805光刻胶孔。接下来，三甲基铝预处理和ALD沉积的70nm Al2O3介电层分别作为化学钝化和物理保护。最后，使用N2等离子体蚀刻打开通过Al2O3钝化层的窗口，以便接触金属电极。
图2 GFPT结构T2SL探测器的制造工艺流程示意图
器件测试结果
图3 GFPT结构T2SL探测器的性能表征
探测器的噪声可以用暗电流特性来描述。图4（a）为GFPT探测器的温度相关暗电流密度。从78K到300K，由于热载流子生成复合和扩散行为随温度升高而增强，器件的暗电流密度在-0.1V时增加了四个数量级。在-0.1V电压下，GFPT探测器和参考探测器的暗电流密度分别为2.63×10⁻⁴A/cm²和9.63×10⁻⁴A/cm²，如图4（b）所示。与参考探测器相比，GFPT器件的暗电流减少了大约三倍。它证实了ALD沉积对GFPT结构钝化的有效性。GFPT阵列带来的体积减小可以降低探测器的背景电流，如图4（c）所示。在100K时，与参考器件相比，暗电流减少了20%。随着温度的升高，暗电流在140K时可迅速减少81%。
图4 GFPT结构T2SL探测器的暗电流特性
结论
综上所述，本文提出了一种具有GFPT微结构的T2SL探测器，它可以通过增强30%的广谱吸收和3倍的暗电流抑制来显著提高探测器的性能。该GFPT探测器的黑体探测率在78K时达到了1.51×10¹¹cm·Hz1/2。本研究提供了一种微结构来改善光吸收并降低暗电流噪声，从而进一步提高光电探测器的探测率。
本研究项目获得了国家自然科学基金、国家自然科学基金重大项目、中科院“西部之光”计划、中国科学院重点研究计划等支持。
https://doi.org/10.1364/OE.468812
《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》
《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》
