Högpresterande T2SL IR detektorer tillverkade med MOCVD
- Diarienummer
- ID24-0068
- Projektledare
- Hammar, Mattias
- Start- och slutdatum
- 250101-291231
- Beviljat belopp
- 3 250 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Högpresterande detektorer för infraröd (IR) strålning är av avgörande betydelse för att möta de utmaningar som tas upp i Agenda 2030, t.ex. genom övervakning och kvantifiering av föroreningar, förbättrade metoder för avfallssortering, utökad övervakning och säkerhet, samt förbättrade hälsodiagnoser. Typ II-supergitter (T2SL)-baserade detektorer anses vara en excellent kandidat för dessa tillämpningar och förväntas ersätta traditionella teknologier. T2SL-detektorer odlas i allmänhet med molekylstråleepitaxi (MBE), men MBE-reaktorer är komplexa, dyra och med begränsad tillgänglighet för T2SL-tillväxt, särskilt i Europa. I detta projekt avser vi att istället utveckla metallorganisk gasfasepitaxi (MOCVD) för att växa T2SL-baserade detektormaterial eftersom denna teknik erbjuder god materialkvalitet, högt utbyte och massproduktionskapacitet till en lägre kostnad. Huvudmålen är: 1. Utveckla MOCVD-metiodik för T2SL-detektorstrukturer 2. Demonstrera högpresterande MOCVD-odlade T2SL monoelementenheter 3. Utveckling av MOCVD-odlade T2SL IR-bildsensorer med högupplöst (HD) format 2-årsmål: Utveckla grundläggande förståelse för tillväxtförhållandenas inverkan på materialkvalitet Tillverkning och karakterisering av MOCVD-odlade T2SL-monoelement 4-årsmål: Demonstrera en MOCVD-odlad T2SL HD-array med state-of-the-art-prestanda Projektgruppen, bestående av forskare från KTH och IRnova, är internationellt erkänd för expertis gällande såväl MOCVD som T2SL detektorteknologi.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.