High-performance T2SL IR detectors grown by MOCVD
- Reference number
- ID24-0068
- Project leader
- Hammar, Mattias
- Start and end dates
- 250101-291231
- Amount granted
- 3 250 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
High-performance infrared (IR) detectors are essential for overcoming the challenges addressed in Agenda 2030 such as for monitoring and quantifying the pollution, improve method for waste sorting, increase surveillance and security and improve health diagnosis. Type-II superlattice (T2SL) is considered an excellent candidate for these applications and is anticipated to replace traditional technologies. T2SL detectors are generally grown by molecular beam epitaxy (MBE). However, MBE reactors are complex, expensive and with limited availability for T2SL growth especially in Europe. In this project, the T2SL growth by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) will be developed to overcome these obstacles since it offers good material quality, high yield, and mass production capability at a lower cost. The main objectives are: 1."Develop MOCVD growth methodology for T2SL detector structures 2."Demonstrate high-performance MOCVD-grown T2SL mono-element devices 3."Development of MOCVD-grown T2SL IR imaging sensors with high definition (HD) format 2-year goals: Develop fundamental understanding of the influence of growth conditions on material quality Fabrication and characterization of MOCVD-grown T2SL mono-elements 4-year goals: Demonstrate state-of-the-art MOCVD-grown T2SL HD array The project group, including researchers from KTH and IRnova, is internationally recognized in material science including growth by MOCVD and T2SL detector technology.
Popular science description
Detektion av elektromagnetisk strålning och bildalstring i det långvågiga infraröda (IR) våglängdsområdet är av avgörande betydelse för en rad tillämpningar, t.ex. termografi, fjärranalys, övervakning, gasdetektion och medicinsk diagnostik. Detta är därför en snabbt ökande industrisektor, inte minst drivet av olika miljömässiga och andra utmaningar som t.ex. beskrivs i Agenda 2030. IR-detektorer med hög prestanda har traditionellt tillverkats i halvledarmaterialet kvicksilver-kadmium-tellurid som dock uppvisar en del icke-ideella egenskaper och t.ex. inte är väl lämpat för stora detektormatriser för högupplösande kameratillämpningar. Ett mer lättbearbetat alternativ är kvantbrunnsbaserade detektorer; QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetectors). Dessa når dock inte upp till samma prestanda och kräver mer kylning. De senaste åren har istället ett nytt materialsystem gjort entré på marknaden och gett upphov till marknadsledande prestanda; supergitter av alternerande hypertunna lager av olika halvledare. Genom s.k. bandgap engineering kan materialegenskaperna skräddarsys så att absorbtionen av elektromagnetisk strålning kan stämmas av mot olika våglängdsintervall av intresse. Detta kräver dock en enorm precision i tillverkningstekniken där man måste kunna ändra materialsammansättningen från ett atomlager till nästa samt växa hundratals skikt med individuella tjocklekar på några få nanometer. Hittills har främst molekylstråleepitaxi (MBE) används för detta ändamål. Detta är en metod som kan erbjuda den nödvändiga precisionen och flexibiliteten i materialkombinationer. Dock är det en komplicerad teknik som kräver stora inversteringar i utrustning och personal och därmed har begränsad tillgänglighet. Den förhärskande tillväxtmetoden för optoelektroniska material i halvledarindustrin är annars metalorgansik gasfasepitaxi (MOCVD). Denna teknik har en rad fördelar i felxibilitet, tillväxthastighet och wafer-kapacitet, men har traditionellt haft svårt att uppvisa lika skarpa interface och tunna skikt som MBE. Nya resultat har dock visat att en väl avstämd MOCVD-process kan användas för att växa T2SL-strukturer med lovande prestanda. Genom att kombinera den spetskompetens inom odling, karakterisering, simulering, samt komponentdesign och -tillverkning som finns hos KTH och IRnova kommer vi att skapa en mycket stark plattform för utveckling av MOCVD-T2SL-structurer där lyckade resultat skulle ha stor betydese för svensk och europeisk industri.