งานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม

งานวิจัยล่าสุดของเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม

เทคโนโลยีการตรวจจับอินฟราเรดใช้กันอย่างแพร่หลายในการลาดตระเวนทางทหาร การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การวินิจฉัยทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดบางประการในด้านประสิทธิภาพ เช่น ความไวในการตรวจจับ ความเร็วในการตอบสนอง และอื่นๆ วัสดุซูเปอร์แลตทิซคลาส II ของ InAs/InAsSb (T2SL) มีคุณสมบัติทางโฟโตอิเล็กทริกและความสามารถในการปรับแต่งที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาว (LWIR) ปัญหาการตอบสนองที่อ่อนแอในการตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาวเป็นปัญหาที่น่ากังวลมาเป็นเวลานาน ซึ่งจำกัดความน่าเชื่อถือของการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก แม้ว่าเครื่องตรวจจับโฟโตหิมะถล่ม (เครื่องตรวจจับภาพ APD) มีประสิทธิภาพในการตอบสนองที่ดีเยี่ยม แต่จะประสบปัญหากระแสไฟมืดสูงในระหว่างการคูณ

เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ทีมจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนได้ออกแบบโฟโตไดโอดอินฟราเรดคลื่นยาวแบบซูเปอร์แลตทิซคลาส II (T2SL) ประสิทธิภาพสูงสำเร็จแล้ว นักวิจัยใช้ค่าอัตราการรวมตัวของออเกอร์ที่ต่ำกว่าของชั้นดูดซับ InAs/InAsSb T2SL เพื่อลดกระแสมืด ในเวลาเดียวกัน AlAsSb ที่มีค่า k ต่ำจะถูกใช้เป็นชั้นตัวคูณเพื่อระงับสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ในขณะที่รักษาอัตราขยายที่เพียงพอ การออกแบบนี้ให้แนวทางแก้ปัญหาที่มีแนวโน้มดีในการส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาว เครื่องตรวจจับใช้การออกแบบแบบขั้นบันได และการปรับอัตราส่วนองค์ประกอบของ InAs และ InAsSb ทำให้โครงสร้างแถบเปลี่ยนผ่านได้อย่างราบรื่น และปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับ ในแง่ของการเลือกวัสดุและกระบวนการเตรียม การศึกษานี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการเติบโตและพารามิเตอร์กระบวนการของวัสดุ InAs/InAsSb T2SL ที่ใช้ในการเตรียมเครื่องตรวจจับ การกำหนดองค์ประกอบและความหนาของ InAs/InAsSb T2SL ถือเป็นสิ่งสำคัญ และจำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์เพื่อให้ได้สมดุลของความเค้น ในบริบทของการตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาว เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นตัดขาดเท่ากับ InAs/GaSb T2SL จำเป็นต้องใช้คาบเดี่ยว InAs/InAsSb T2SL ที่หนากว่า อย่างไรก็ตาม โมโนไซเคิลที่หนากว่าส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนลดลงในทิศทางของการเติบโต และมวลที่มีประสิทธิภาพของรูใน T2SL เพิ่มขึ้น พบว่าการเพิ่มองค์ประกอบของ Sb สามารถให้ความยาวคลื่นตัดขาดที่ยาวขึ้นได้โดยไม่เพิ่มความหนาของคาบเดี่ยวอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของ Sb ที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การแยกตัวขององค์ประกอบ Sb

ดังนั้นจึงเลือก InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL ที่มีกลุ่ม Sb 0.5 เป็นชั้นที่ใช้งานของ APDเครื่องตรวจจับภาพInAs/InAsSb T2SL เติบโตบนพื้นผิว GaSb เป็นหลัก ดังนั้นจึงต้องพิจารณาบทบาทของ GaSb ในการจัดการความเครียด โดยพื้นฐานแล้ว การบรรลุสมดุลความเครียดเกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบค่าคงที่ของโครงตาข่ายเฉลี่ยของซูเปอร์แลตทิซสำหรับช่วงเวลาหนึ่งกับค่าคงที่ของโครงตาข่ายของพื้นผิว โดยทั่วไป ความเครียดแรงดึงใน InAs จะถูกชดเชยด้วยความเครียดแรงอัดที่ InAsSb นำเข้ามา ส่งผลให้ชั้น InAs มีความหนากว่าชั้น InAsSb การศึกษาครั้งนี้วัดลักษณะการตอบสนองทางโฟโตอิเล็กทริกของเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม รวมถึงการตอบสนองทางสเปกตรัม กระแสมืด สัญญาณรบกวน ฯลฯ และตรวจยืนยันประสิทธิภาพของการออกแบบชั้นไล่ระดับแบบขั้นบันได มีการวิเคราะห์ผลกระทบการทวีคูณของเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม และหารือถึงความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยทวีคูณกับพลังงานแสงตกกระทบ อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ

รูปที่ (A) แผนผังของเครื่องตรวจจับโฟโต APD อินฟราเรดคลื่นยาว InAs/InAsSb (B) แผนผังของสนามไฟฟ้าที่แต่ละชั้นของเครื่องตรวจจับโฟโต APD