Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Wyniki badańZ obydwu warstw otrzymanych w ITE w ramach zad. 2 PBZ– MNiSW 02/I/2007, wykonano do celów badawczych niepasywowanestruktury detekcyjne, oświetlane od góry, dzięki czemuuniknięto kłopotliwego ścieniania podłoża. Nieznacznie lepszerezultaty uzyskano dla struktur detekcyjnych z pierwszej warstwy(rys. 1a). Na rys. 2 przedstawiono przykładowe charakterystykispektralne czułości prądowej zmierzone w różnych temperaturach.Ich przebieg jest charakterystyczny dla struktur detekcyjnycho zbyt małej grubości absorbera (obserwujemy systematycznyspadek czułości ze wzrostem długości fali padającego na detektorpromieniowania). Jest to spowodowane malejącą wydajnościąkwantową. W wyższych temperaturach uwidacznia się wpływ rezystancjiszeregowej, powodującej spadek czułości, szczególniew temperaturze pokojowej (297K). W konsekwencji uzyskiwaneczułości prądowe, w zależności od temperatury pracy, są o rządR i , A/W10,10,0177 K114 K144 K174 K203 K230 K297 KR 0 A, Ωcm 21001010,10,013 5 7 9 11 131000/T, 1/KRys. 3. Zależność R 0A od odwrotności temperaturyFig. 3. R 0A product as a function of 1/TJ, A/cm 20,050-0,05JR d A15105R d A, Ωcm 20,0012 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5λ, µmRys. 2. Charakterystyki spektralne czułości prądowej zmierzonew różnych temperaturachFig. 2. Temperature-dependent spectral response from the type IIInAs/GaSb superlattice detectorwielkości (i więcej) niższe od oczekiwanych. Chłodzenie przesuwadługofalową granicę czułości ku falom krótszym, co wiążesię z temperaturową zależnością przerwy zabronionej absorbera.Przesunięcie to wynosi około 1 µm od długofalowej granicyczułości około 6 µm w temperaturze pokojowej, do długofalowejgranicy czułości około 5 µm w temperaturze azotowej.Iloczyn R 0ANajważniejszy parametr detektorów podczerwieni, jakim jest wykrywalnośćznormalizowana, jest zdeterminowany przez iloczynR 0A [3]. Na rys. 3 przedstawiono iloczyn R 0A w funkcji odwrotnościtemperatury. Załamanie krzywej rezystancji widoczne w skalilogarytmicznej dla temperatury około 150K wynika z rosnącegowpływu tunelopodobnych prądów upływności. Widać to na przykładziecharakterystyki prądowo-napięciowej i rezystancyjno-napięciowejprzedstawionej na rys. 4. Rezystancje dyfuzyjne i generacyjno-rekombinacyjnegwałtownie rosną przy zmniejszaniutemperatury. Natomiast rezystancja wynikająca z tunelowania lubupływności powierzchniowych nie zmienia sie istotnie w funkcjitemperatury i ona determinuje iloczyn R 0A dla temperatur poniżej150K. Wartość rezystancji znormalizowanej dla temperatury 77Kwynosi 22 Ωcm 2 , czyli ponad kilka rzędów wielkości mniej w porównaniuz fotodiodami na ten zakres spektralny [10].Na rysunku 5 przedstawiono charakterystyki prądowo-napięciowei rezystancyjno-napięciowe zmierzone w temperaturachuzyskiwanych na dwu-, trój- i czterostopniowych chłodziarkachtermoelektrycznych. W tych temperaturach R 0A uwarunkowanejest prądem dyfuzyjnym, natomiast w 230K R 0A jest lekko zafałszowaneprzez wpływ rezystancji szeregowej.Na rysunku 6 przedstawiono zależność iloczynu R 0A od długofalowejgranicy czułości detektorów wykonanych z warstw Hg-CdTe uzyskanych w laboratorium MOCVD. Wykres przedstawionodla temperatury 230K, czyli uzyskiwanej na dwustopniowychchłodziarkach termoelektrycznych (2TE). Dla porównania przed--0,10-800 -600 -400 -200 0 200U, mVRys. 4. Charakterystyki prądowo-napięciowa i rezystancyjno-napięciowazmierzone w temperaturze 94KFig. 4. J-U plots and R 0A-U plots of type II InAs/GaSb superlatticedetector at 94Ka)a) 0,4b)J, A/cm 2R d A, Ωcm 2b)0,30,20,10-0,1-0,2-0,3194 K203 K-0,4230 K-0,5-800 -600 -400 -200 0 200U, mV101194 K203 K230 K0,1-800 -600 -400 -200 0 200U, mVRys. 5. Charakterystyki prądowo-napięciowe (a) i rezystancyjno-napięciowe(b) zmierzone w temperaturach uzyskiwanych na dwu-, trójiczterostopniowych chłodziarkach termoelektrycznychFig. 5. J-U plots and R 0A-U plots at 2-stage, 3-stage and 4-stage thermoelectriccoolersElektronika 10/2011 23