磷化銦襯底上的InAs和InAsSb納米線可形成適用於焦平麵陣列的室溫SWIR或MWIR光電二極管。
從軍事領域（根據導彈產生的熱量定位導彈）、科學領域（遙感、光譜學）到環境領域（氣體監測、穿透霧霾），包括焦平麵陣列（FPA）在內的短波紅外（SWIR）和中波紅外（MWIR）傳感器使許多重要的紅外傳感和成像應用成為可能。然而，現有的實用型SWIR和MWIR傳感器都存在一個明顯缺陷：需要製冷。這包括了基於銻化銦（InSb）、碲鎘汞（MCT）和砷化銦／銻化镓（InAs／GaSb）以及Ⅱ類超晶格FPA傳感器。對冷卻係統的需求增加了器件的體積，特別是對微小尺寸的光電探測係統來說，這將顯著增加成本和維護需求。
據麥姆斯谘詢報道，加州大學洛杉磯分校（UCLA）和英國卡迪夫大學（Cardiff University）的研究人員采用一種新方法解決了這個問題。科學家們發明的室溫非製冷SWIR和MWIR探測器由垂直生長於磷化銦（InP）襯底的InAs或InAsSb納米線陣列組成，使納米線與襯底的結合產生InAs－InP異質結。然後可覆蓋一層氧化鋁（Al2O3）來鈍化該結構，從而降低納米線表麵的非輻射複合。
計算機模擬顯示，與平麵非製冷InAs光電二極管相比，非製冷InAs（Sb）－InP納米線異質結光電二極管的等離子體模式共振峰值D＊可在3.0μm波長時達到3.5×1010cm Hz1／2W－1，這比平麵光電二極管高了近10倍。
研究人員基於之前開發的標準工藝製備出了納米線光電探測器，使納米線在適當波長範圍內生長於為光電探測優化的圖案上，然後用Al2O3鈍化。接著去除納米線尖端的鈍化塗層。利用納米線本身作為陰影掩膜，將金沉積在納米線承載表麵上，再在金上製作一係列納米孔，就形成等離子體光柵（如下圖）。這種光柵非常重要：其作用是通過等離子體共振來增強入射光與納米線尖端的耦合。
示例中，SWIR器件的製造有效麵積為200×200μm2。探測器表麵包含1300nm間距、264nm直徑和1650nm高度的納米線。該器件的室溫光譜響應峰值約在2.0和3.4μm，與等離子體共振相當。
為實現在納米線陣列（如圖a）上生長金光柵，納米線本身（垂直生長）被用作陰影掩膜，以一定角度將金沉積到表麵，會導致未沉積區域（暗區）。
未來基於納米線的分離吸收倍增結構雪崩光電二極管（SAM－APD）將具有有刻麵的納米線，以幫助緩解晶格失配應變（如圖b）。
圖片來源：加州大學洛杉磯分校（UCLA）Dingkun Ren
後續研究
加州大學洛杉磯分校的研究人員Dingkun Ren表示，未來基於納米線的紅外探測器將包含光子晶體光柵。這提供一種更好的方法來調整器件的峰值波長。在目前的自組裝等離子體結構中，等離子體峰值波長是通過改變納米線間距（即納米線到納米線的距離）來調諧的。然而，控製不同納米線間距陣列上的生長均勻性是非常困難的。在新型的光子晶體光柵結構中，將通過改變氣孔間距（airhole）來設計峰值，這可以簡單地通過光刻工藝進行控製。Ren說，“這是一種更強大的光學設計！”
該研究團隊還在設計SAM－APD，這是基於納米線和金屬光子晶體光柵的MWIR APD。這些器件可以在線性模式下工作，並通過內部增益進一步提高信噪比（SNR）。由於沒有可用的晶格匹配的大帶隙材料來製備SAM－APD結構，因此在納米線生長過程中，通過納米線側壁麵彈性調節應變，可以實現具有大晶格失配的異質外延。
從軍事領域（根據導彈產生的熱量定位導彈）、科學領域（遙感、光譜學）到環境領域（氣體監測、穿透霧霾），包括焦平麵陣列（FPA）在內的短波紅外（SWIR）和中波紅外（MWIR）傳感器使許多重要的紅外傳感和成像應用成為可能。然而，現有的實用型SWIR和MWIR傳感器都存在一個明顯缺陷：需要製冷。這包括了基於銻化銦（InSb）、碲鎘汞（MCT）和砷化銦／銻化镓（InAs／GaSb）以及Ⅱ類超晶格FPA傳感器。對冷卻係統的需求增加了器件的體積，特別是對微小尺寸的光電探測係統來說，這將顯著增加成本和維護需求。
據麥姆斯谘詢報道，加州大學洛杉磯分校（UCLA）和英國卡迪夫大學（Cardiff University）的研究人員采用一種新方法解決了這個問題。科學家們發明的室溫非製冷SWIR和MWIR探測器由垂直生長於磷化銦（InP）襯底的InAs或InAsSb納米線陣列組成，使納米線與襯底的結合產生InAs－InP異質結。然後可覆蓋一層氧化鋁（Al2O3）來鈍化該結構，從而降低納米線表麵的非輻射複合。
計算機模擬顯示，與平麵非製冷InAs光電二極管相比，非製冷InAs（Sb）－InP納米線異質結光電二極管的等離子體模式共振峰值D＊可在3.0μm波長時達到3.5×1010cm Hz1／2W－1，這比平麵光電二極管高了近10倍。
研究人員基於之前開發的標準工藝製備出了納米線光電探測器，使納米線在適當波長範圍內生長於為光電探測優化的圖案上，然後用Al2O3鈍化。接著去除納米線尖端的鈍化塗層。利用納米線本身作為陰影掩膜，將金沉積在納米線承載表麵上，再在金上製作一係列納米孔，就形成等離子體光柵（如下圖）。這種光柵非常重要：其作用是通過等離子體共振來增強入射光與納米線尖端的耦合。
示例中，SWIR器件的製造有效麵積為200×200μm2。探測器表麵包含1300nm間距、264nm直徑和1650nm高度的納米線。該器件的室溫光譜響應峰值約在2.0和3.4μm，與等離子體共振相當。
為實現在納米線陣列（如圖a）上生長金光柵，納米線本身（垂直生長）被用作陰影掩膜，以一定角度將金沉積到表麵，會導致未沉積區域（暗區）。
未來基於納米線的分離吸收倍增結構雪崩光電二極管（SAM－APD）將具有有刻麵的納米線，以幫助緩解晶格失配應變（如圖b）。
圖片來源：加州大學洛杉磯分校（UCLA）Dingkun Ren
後續研究
加州大學洛杉磯分校的研究人員Dingkun Ren表示，未來基於納米線的紅外探測器將包含光子晶體光柵。這提供一種更好的方法來調整器件的峰值波長。在目前的自組裝等離子體結構中，等離子體峰值波長是通過改變納米線間距（即納米線到納米線的距離）來調諧的。然而，控製不同納米線間距陣列上的生長均勻性是非常困難的。在新型的光子晶體光柵結構中，將通過改變氣孔間距（airhole）來設計峰值，這可以簡單地通過光刻工藝進行控製。Ren說，“這是一種更強大的光學設計！”
該研究團隊還在設計SAM－APD，這是基於納米線和金屬光子晶體光柵的MWIR APD。這些器件可以在線性模式下工作，並通過內部增益進一步提高信噪比（SNR）。由於沒有可用的晶格匹配的大帶隙材料來製備SAM－APD結構，因此在納米線生長過程中，通過納米線側壁麵彈性調節應變，可以實現具有大晶格失配的異質外延。
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