InAsSb nBn红外探测器外延片 *E
InAs1xSbx是一种IIIV族化合物半导体合金材料，调整Sb组分使其可在室温下覆盖3至12μm波长范围。InAsSb材料因其具备较长的载流子寿命、较高的吸收系数和高载流子迁移率等优势，被认为是一种拥有广泛应用前景的红外光电材料。利用这种材料制备的探测器能在150K甚至接近室温的条件下稳定运作，展现出了高灵敏度和高检测率的特点，非常适合应用于小型化、低功耗、高灵敏度及快速响应的中长波红外探测系统。因此，InAsSb基中长波红外探测器已经成为科研界关注和研究的热点。特别是，nBn型红外探测器因其能有效减少复合电流的产生，进而提升探测器的工作温度而受到青睐。另外，InAsSb/AlAsSb 材料与衬底晶格完全匹配，并且其制备工艺可以轻松地转移到成熟的 III/V 族工艺中，因此成为最适合nBn型红外探测器的选择。可供nBn型InAsSb/AlAsSb外延片用于红外探测器制备，具体外延结构如下，更多参数信息请咨询：vp@honestgroup.cn
1. InAsSb nBn外延结构
CS240407 – NBN
| 外延层 | 材料 | 厚度 | 掺杂 | 载流子浓度 |
| 顶部接触层 | n-InAs1-xSbx | – | – | – |
| 势垒层 | n-AlAsxSb1-x | – | – | – |
| 吸收层 | n-InAs1-xSbx | – | – | – |
| 底部接触层 | n-InAs1-xSbx | – | – | – |
| 缓冲层 | n-GaSb | – | – | – |
| 衬底 | n-GaSb | – | – | – |
2. InAsSb合金特性
InAsSb 在室温下具有较高的载流子迁移率、相对较小的介电常数和自扩散系数，是制作中波红外探测器的重要材料之一。由于 InAsSb 相对于 AlAsSb 的价带偏移几乎为零，因此在 nBn 探测器的设计中起着主导作用。InAsSb 可以在 GaAs （100）或 GaSb （100）衬底上生长，并且通常通过 Si 或 Te 元素实现 n 型掺杂。其具体物理性能以InAs0.35Sb0.65为例，如图1所示：
图1 InAs0.35Sb0.65合金物理性能
根据不同的文献计算，InAs1-xSbx材料在x=0.6附近具有最小的带隙宽度:
图2 室温下InAs1-xSbx带隙能量与Sb组分的关系。数据取自不同的论文，如图例所示
图3 低温下InAs1−xSbx带隙能量与Sb组分的关系。数据取自不同的论文，如插图所示
3. InAsSb nBn型结构工作原理
nBn探测器可被视为pn光电二极管和光电导体的结合体。其主要结构由n型吸收层、势垒层B以及n型电极层构成。为了更佳地适配器件制作工艺，有时会向吸收层下方或电极层上方添加一层薄片，这涉及到使用均匀或非均匀的高掺杂n型材料来形成电极接触层。
理想的nBn结构模型中，势垒层B的价带和吸收层的价带之间不存在能级差异，同时所有的势垒都处于导带范围内。图4呈现了这种结构在运作期间的能带图示。从图中可以看到，在理想状态下，来自电极层的光激发或热激发电子无法移动至吸收区域，因此它们最终会与空穴复合，不会产生电流；只有当吸收区域内形成的电子和空穴能够自由地抵达两端的电极时，才能形成可检测的信号。
图4 理想InAsSb nBn结构反偏时的能带示意图
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参考文献
[1] Rogalski A , Martyniuk P , Kopytko M ,et al.InAsSb-Based Infrared Photodetectors: Thirty Years Later On[J].Sensors, 2020, 20(24):7047.DOI:10.3390/s20247047.
[2]P., Martyniuk, A., & Rogalski. (2013). Performance limits of the mid-wave inassb/alassb nbn hot infrared detector. Optical and Quantum Electronics, 46(4), 581-591.