具备超过100%外部量子效率的双色NiBiN II型超晶格红外光电探测器

简介：
本研究开发了一种具有突破性的双色NiBiN II型超晶格结构的红外光电探测器，实现了超过100%的外部量子效率，显著提升了器件性能和应用潜力。 根据提供的文件内容可以总结以下知识点： 1. 二色niBin II型超晶格红外光电探测器的研究背景与意义：在红外探测领域中，具有特定结构的超晶格材料越来越受到关注。特别是类型II InAsGaSb超晶格（SL）材料因其独特的带隙排列，在抑制俄歇复合速率、延长载流子寿命（约0.1微秒）、减少隧穿暗电流和调节探测波长方面表现出色，从而能够覆盖从大约1到30微米的宽广探测范围。 2. 红外光电探测器的工作原理：这类探测器可以通过改变偏置极性实现双色检测。它们能在室温下操作，并且在不同的偏压条件下具有不同截止波长。例如，在峰值响应时，量子效率（QE）达到114%，这是由于其独特的光电导工作机制所致。 3. 探测器的光电转换机制：红外探测器中的核心是光电导效应，它允许设备在接受光照射下产生显著电流增益，这可能超过传统量子效率限制下的单位光子生成一个电子-空穴对的比例，从而实现外部量子效率大于100%。 4. 温度变化影响探测性能：当温度从90K上升至300K时，超晶格吸收层的导电性由电子型变为孔型。这导致设备从光伏模式转变为光电导模式，并因此在不同温度下表现出不同的响应特性与效能。 5. 探测器的应用领域：双色或多色检测技术对于复杂背景下的目标定位具有显著优势，在中波（MW）、长波（LW）和甚长波（VLW）范围内尤其突出。这些技术被广泛应用于军事、民用及科研用途，如二氧化碳的监测等。 6. 超晶格材料与结构的研究进展：先前报道基于类型II InAsGaSb SL双色探测器通常采用背靠背设计（例如pinip或nipin）。后来研究发现nBn结构可以减少暗电流，从而提高性能。 7. 量子效率的提升：通过特定的设计和工作机制，超晶格红外光电探测器实现了在峰值响应时外部量子效率超过100%的现象。这一突破超越了传统意义上每个入射光子仅生成一个电荷载流子的数量限制，并为该领域带来了新的技术与理论挑战。 8. 文献信息：这篇研究论文由Jianliang Huang等人撰写，发表于2017年IEEE Electron Device Letters期刊上（VOL.38, NO.9, SEPTEMBER 2017）。文章摘要部分详细介绍了所探讨的双色niBin II型InAsGaSb超晶格红外光电探测器。 综上所述，二色niBin II型超晶格红外光电探测技术代表了当今红外检测领域的前沿研究方向之一。通过持续的技术革新和材料创新，研究人员不断提升此类设备的功能表现，并进一步拓展其在各种应用场景中的潜力。