Leistungsfähige Infrarotdetektoren mit hoher Betriebstemperaturen auf Basis antimonidischer Übergitter

Abstract: Die schnelle und sensitive Detektion von Strahlung im Infrarot (IR) ist für verschiedene Anwendungen in Forschung und Industrie erforderlich. Eine davon ist die IR-Spektroskopie im Wellenlängenbereich von 3 μm bis 12 μm, in welchem Substanzen anhand charakteristischer Absorptionslinien identifizierbar sind. Die Detektion erfolgt mit IR-Photodetektoren, deren Leistungsfähigkeit durch Kühlung steigerbar ist. Für Kosteneffizienz in der Anwendung werden dafür Peltierkühler eingesetzt. Sie ermöglichen Betriebstemperaturen zwischen 180K und 300K, was als Bereich hoher Betriebstemperaturen (HOT, von engl.: high operating temperature) bezeichnet wird. Detektoren aus HgCdTe (MCT, von engl.: mercury cadmium telluride) stellen in diesem Bereich den Stand der Technik dar, vor allem wegen ihrer flexibel einstellbaren Grenzwellenlänge. MCT-Detektoren sind jedoch von der durch die EU vorgegebenen Nutzungsbeschränkung „RoHS“ betroffen, sodass perspektivisch ein alternatives Materialsystem etabliert werden muss. IR-Photodetektoren mit flexibel einstellbarer Grenzwellenlänge können auch aus InAs/GaSb Typ-II Übergittern hergestellt werden. Für Anwendungen bei tiefer Betriebstemperatur, die durch kostenintensive kryogene Kühlung ermöglicht wird, stehen diese bereits in Konkurrenz zu MCT-Detektoren. Für Anwendungen unter Peltierkühlung sind sie jedoch noch unzureichend erforscht. In dieser Arbeit werden InAs/GaSb Typ-II Übergitterdetektoren für den HOT-Bereich untersucht und entwickelt. Anhand des Betriebskonzepts des lateral betriebenen Photoleiters wird die flexible Einstellbarkeit der Detektorgrenzwellenlänge für den HOTBereich demonstriert. Durch temperaturabhängige Untersuchungen von Dunkel- und Photostrom werden fundamentale Limitierungen durch hohe Ladungsträgerdichten und Auger-Prozesse identifiziert. Des Weiteren kann eine Dotiervorschrift für maximalen Photostrom bestimmt werden. Außerdem wird die Detektivität der Detektoren mithilfe eine Immersionslinsentechnologie nach Übergitterwachstum auf Fremdsubstrat erhöht. Es zeigt sich, dass die Detektivität von InAs/GaSb Typ-II Übergitterphotoleitern mit der von kommerzialisierten MCT-Photoleitern vergleichbar ist. Dies legt nahe, dass InAs/GaSb Typ-II Übergitter auch für den HOT-Bereich eine RoHS-konforme Alternative zu MCT darstellen können. Die Einsetzbarkeit der entwickelten Detektoren für echtzeitfähige IR-Spektroskopie wird mithilfe eines Labordemonstrators gezeigt, der die Detektion rückgestreuter Strahlung zur Identifikation chemischer Substanzen nutzt

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Deutsch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2020

Classification and Topics

• Keyword: Übergitter ; Betriebstemperatur ; Photodetektor ; Detektor

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2021
• Creator: Müller, Raphael
• Contributor: Ambacher, Oliver ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Angewandte Wissenschaften

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/194899
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1948991
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:59 AM CEST