[Optimisation, conception et fabrication d'un détecteur infrarouge quantique non-cryogénique]
On propose une étude de l'optimisation de la détectivité d'un détecteur photovoltaı̈que infrarouge moyen à heterostructure double. Des expressions analytiques approximatives simples pour le courant d'obscurité sont comparées avec des calculs numériques complets. Elles permettent la compréhension physique des mécanismes qui contrôlent le courant d'obscurité. L'analyse procède pas à pas, partant d'une jonction p–n simple jusqu'à la double hétérostructure. On analyse l'influence sur la diffusion et sur les mécanismes de génération–recombinaison de la température, de l'énergie de la bande interdite de la barrière dans l'hétérostructure double, et de la densité de dopage dans la région active. On montre comment le fonctionnement d'un détecteur photovoltaı̈que à double hétérostructure peut être amélioré par un dopage contrôlé de la région active. Néanmoins, son développement est encore limité par les difficultés rencontrées durant les étapes de technologie. Par exemple, l'utilisation de gravure sèche pour le traitement des détecteurs photovoltaı̈ques p–i–n en InAs0.91Sb0.09 induit un courant de fuite élevé le long du bord du mesa. Dans ce travail, nous montrons une augmentation du R0A de plusieurs ordres de grandeur à basse température en utilisant une gravure ionique (IBE) suivi d'une gravure chimique humide. Cette technologie optimisée et fiable nous permet de démontrer que la performance du détecteur est en réalité limitée par le courant de diffusion de trous. Finalement, nous discutons de la capacité d'une barrière superréseau InAs/AlSb de type n d'éviter la diffusion de trous et ainsi d'améliorer la caractéristique R0A de ces détecteurs.
A study of the optimization of the detectivity of a mid infrared double heterostructure photovoltaic detector is proposed. Simple approximate analytic expressions for the dark current are compared with full numerical calculations, and give physical insight on the mechanisms dominating the dark current. The analysis is performed step by step, from a simple p–n junction to the full double heterostructure. The influence of temperature, barrier band gap energy in a double heterostructure, doping density in the active region, on diffusion and generation–recombination mechanisms is analyzed. It is shown how the performances of a double heterostructure photovoltaic detector can be improved by a controlled doping the active region. Nevertheless, its development is still limited by the difficulties occurring during device processing. For example, the use of dry etching for the processing of InAs0.91Sb0.09 p–i–n photovoltaic detectors induces a strong leakage current along the mesa edge. In this letter, we show an improvement of the R0A characteristic by several orders of magnitude at low temperature by using an Ion Beam Etching (IBE) followed by a wet chemical etching. This optimized and reliable device processing allows us to demonstrate that the detector performance is actually limited by the diffusion current of holes. Finally, we discuss the ability of an n-type barrier made of InAs/AlSb super-lattice to avoid hole diffusion and to improve the R0A characteristic of these detectors.
Mot clés : Porteur de charge, Diodes p–n et hétérostructures en semiconducteur III–V, Caractérisation, Nettoyage de surface, Métallisation, Photodétecteurs
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B. Vinter; J.L. Reverchon; G. Marre; M. Carras; C. Renard; X. Marcadet; V. Berger. Optimization, design and fabrication of a non-cryogenic quantum infrared detector. Comptes Rendus. Physique, Volume 4 (2003) no. 10, pp. 1103-1108. doi : 10.1016/j.crhy.2003.10.013. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2003.10.013/
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Cité par Sources :
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Carlo Sirtori; Julien Nagle
C. R. Phys (2003)