WAT: Fotodiody lawinowe – jakie wzmocnienie fotoprądu uda się uzyskać?

Projekt pt. „Badanie możliwości opracowania chłodzonych termoelektrycznie fotodiod lawinowych z HgCdTe z zakresu średniej podczerwieni” otrzymał finansowanie Narodowego Centrum Nauki. Kierownikiem grantu jest mjr dr inż. Małgorzata Kopytko z Instytutu Fizyki Technicznej WTC. Celem projektu jest przeprowadzenie badań podstawowych w zakresie określenia konstrukcji i opracowania technologii wytwarzania fotodiod lawinowych (z ang. Avalanche PhotoDiode – APD) z HgCdTe, pracujących przy użyciu chłodzenia termoelektrycznego (ok. 200 K), w średniofalowym zakresie podczerwieni (z długościami fali odcięcia do 5 μm). - W ramach projektu planujemy zbadać, czy w tych warunkach możliwe jest uzyskanie wzmocnienia fotoprądu oraz jakie czynniki mają decydujący wpływ na wielkość tego zjawiska – wyjaśnia mjr Kopytko. - Wstępne badania pokazują, że w klasycznej fotodiodzie z HgCdTe wytworzonej we wspólnym laboratorium WAT – VIGO System SA. techniką epitaksji ze związków metaloorganicznych w formie gazowej (ang. Metalo-Organic Chemical Vapour Deposition – MOCVD), możliwe jest uzyskanie lawinowego powielania nośników. Uzyskano maksymalnie trzykrotne wzmocnienie fotoprądu dla napięcia 8 V w kierunku zaporowym i temperatury 180 K. Lepsze parametry średniofalowych fotodiod lawinowych z HgCdTe pracujących bez chłodzenia kriogenicznego planujemy uzyskać poprzez udoskonalenie wielowarstwowej architektury elementu fotoczułego detektora, ulepszenie procedur wzrostu heterostruktur odpowiadających wybranej architekturze oraz usprawnieniu „processing-u” – procesu technologicznego wytwarzania elementu detekcyjnego – dodaje kierownik projektu. Fotodiody lawinowe mogą wykrywać promieniowanie elektromagnetyczne o ekstremalnie małym natężeniu. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu zjawiska powielania lawinowego. Podobnie jak w zwykłej fotodiodzie, w wyniku zjawiska fotowoltaicznego oświetlone złącze p-n jest źródłem fotoprądu. Po przyłożeniu odpowiednio wysokiego napięcia wstecznego (przeciwnie do kierunku przewodzenia diody), nośniki ładunku są przyśpieszane w zewnętrznym polu elektrycznym i powodują wybijanie kolejnych elektronów – ich liczba rośnie lawinowo (stąd nazwa diody). Pierwotny fotoprąd zostaje w ten sposób wzmocniony od kilku do kilku milionów razy (zależnie od przyłożonego napięcia – im wyższe napięcie wsteczne, tym większe wzmocnienie). Fotodiody lawinowe o najwyższym wzmocnieniu pozwalają na wykrywanie nawet pojedynczych fotonów. Fotodiody APD znajdują powszechne zastosowanie w ultraczułej spektroskopii, dalmierzach laserowych, radarach optycznych, telekomunikacji światłowodowej, a także w otwartej przestrzeni. Niedawno w Stanach Zjednoczonych została wydana książka pt. „Antimonide-based Infrared Detectors: A New Perspective” autorstwa zespołu naukowego Zakładu Fizyki Ciała Stałego WTC WAT: prof. dr. hab. inż. Antoniego Rogalskiego, mjr dr inż. Małgorzaty Kopytko i płk. dr. hab. inż. Piotra Martyniuka. Źródło: © WAT