งานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม

งานวิจัยล่าสุดของเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม

เทคโนโลยีการตรวจจับอินฟราเรดถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการลาดตระเวนทางทหาร การตรวจสอบสภาพแวดล้อม การวินิจฉัยทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพบางประการ เช่น ความไวในการตรวจจับ ความเร็วในการตอบสนอง และอื่นๆ วัสดุซูเปอร์แลตทิซ InAs/InAsSb Class II (T2SL) มีคุณสมบัติทางโฟโตอิเล็กทริกและความสามารถในการปรับแต่งที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาว (LWIR) ปัญหาการตอบสนองที่อ่อนในการตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาวเป็นข้อกังวลมาเป็นเวลานาน ซึ่งเป็นข้อจำกัดอย่างมากต่อความน่าเชื่อถือของการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าเครื่องตรวจจับภาพหิมะถล่ม (Avalanche Photodetector) (เครื่องตรวจจับภาพ APD) มีประสิทธิภาพในการตอบสนองที่ดีเยี่ยม แต่ประสบปัญหากระแสไฟมืดสูงในระหว่างการคูณ

เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แห่งประเทศจีนได้ประสบความสำเร็จในการออกแบบโฟโตไดโอดอินฟราเรดแบบคลื่นยาว (APD) ซูเปอร์แลตทิซคลาส II (T2SL) ประสิทธิภาพสูง นักวิจัยได้ใช้อัตราการรวมตัวของออเกอร์ที่ต่ำกว่าของชั้นดูดซับ InAs/InAsSb T2SL เพื่อลดกระแสมืด ในขณะเดียวกัน AlAsSb ที่มีค่า k ต่ำจะถูกใช้เป็นชั้นตัวคูณเพื่อลดสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ในขณะที่ยังคงรักษาระดับเกนที่เพียงพอ การออกแบบนี้เป็นทางออกที่น่าสนใจสำหรับการส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาว เครื่องตรวจจับใช้การออกแบบแบบขั้นบันได และการปรับอัตราส่วนองค์ประกอบของ InAs และ InAsSb ทำให้โครงสร้างแถบเปลี่ยนผ่านได้อย่างราบรื่นและประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับก็ดีขึ้น ในส่วนของการเลือกวัสดุและกระบวนการเตรียม การศึกษานี้ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการเจริญเติบโตและพารามิเตอร์กระบวนการของวัสดุ InAs/InAsSb T2SL ที่ใช้ในการเตรียมเครื่องตรวจจับ การกำหนดองค์ประกอบและความหนาของ InAs/InAsSb T2SL เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง และจำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์เพื่อให้ได้สมดุลของความเค้น ในบริบทของการตรวจจับด้วยอินฟราเรดคลื่นยาว เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นตัดขาดเท่ากับ InAs/GaSb T2SL จำเป็นต้องใช้คาบเดี่ยว InAs/InAsSb T2SL ที่หนาขึ้น อย่างไรก็ตาม โมโนไซเคิลที่หนาขึ้นส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนในทิศทางการเจริญเติบโตลดลง และมวลประสิทธิผลของโฮลใน T2SL เพิ่มขึ้น พบว่าการเพิ่มองค์ประกอบ Sb สามารถให้ความยาวคลื่นตัดขาดที่ยาวขึ้นได้โดยไม่เพิ่มความหนาคาบเดี่ยวอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบ Sb ที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การแยกตัวขององค์ประกอบ Sb

ดังนั้นจึงเลือก InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL ที่มีกลุ่ม Sb 0.5 เป็นชั้นที่ใช้งานของ APDเครื่องตรวจจับภาพInAs/InAsSb T2SL ส่วนใหญ่เติบโตบนพื้นผิว GaSb ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาบทบาทของ GaSb ในการจัดการความเครียด โดยพื้นฐานแล้ว การบรรลุสมดุลความเครียดเกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบค่าคงที่ของแลตทิซเฉลี่ยของซูเปอร์แลตทิซสำหรับคาบหนึ่งกับค่าคงที่ของแลตทิซของพื้นผิว โดยทั่วไป ความเครียดดึงใน InAs จะถูกชดเชยด้วยความเครียดอัดที่เกิดจาก InAsSb ส่งผลให้ชั้น InAs มีความหนากว่าชั้น InAsSb การศึกษานี้ได้วัดลักษณะการตอบสนองทางโฟโตอิเล็กทริกของเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม ซึ่งรวมถึงการตอบสนองทางสเปกตรัม กระแสมืด สัญญาณรบกวน ฯลฯ และยืนยันประสิทธิภาพของการออกแบบชั้นไล่ระดับแบบขั้นบันได มีการวิเคราะห์ผลกระทบการทวีคูณของหิมะถล่มในเครื่องตรวจจับหิมะถล่ม และอภิปรายความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยทวีคูณกับกำลังแสงตกกระทบ อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ

รูปที่ (A) แผนผังของเครื่องตรวจจับภาพอินฟราเรดคลื่นยาว APD InAs/InAsSb; (B) แผนผังของสนามไฟฟ้าที่แต่ละชั้นของเครื่องตรวจจับภาพ APD