Nr umowy: UMO-2017/27/B/ST7/01507
Czas realizacji: 05.09.2018 – 04.01.2022
Koszty całkowite: 1 094 400,00 PLN
Podmiot realizujący: Wojskowa Akademia Techniczna
Kierownik projektu: ppłk dr hab. inż. Małgorzata Kopytko

Opis projektu:

Fotodioda lawinowa, z języka angielskiego „avalanche photodiode”, czyli „APD” – element półprzewodnikowy oparty na złączu p-n, jest najbardziej czułym i niezawodnym detektorem promieniowania elektromagnetycznego, w którym nawet pojedynczy zaabsorbowany foton prowadzi do powstania ogromnej liczby par elektron-dziura. Dzięki wykorzystaniu zjawiska powielania lawinowego detektory APD mogą wykrywać promieniowanie elektromagnetyczne o ekstremalnie małym natężeniu. Jednak w przypadku detektorów o długofalowej granicy czułości obejmującej zakres średniej i dalekiej podczerwieni, muszą być one chłodzone znacznie poniżej temperatury pokojowej (300 K), nawet kriogenicznie (77 K), w celu zmniejszenia termicznych procesów wzbudzania nośników.

Celem projektu było zbadanie możliwości uzyskania wzmocnienia fotoprądu w fotodiodach lawinowych z HgCdTe pracujących przy użyciu chłodzenia termoelektrycznego (ok. 200 K), w średniofalowym zakresie podczerwieni (z długościami fali odcięcia do 5 μm), a także przeprowadzenie prac badawczych w zakresie określenia konstrukcji i opracowania technologii wytwarzania tego typu przyrządów.

Do zrealizowania optymalnie zaprojektowanej struktury detekcyjnej o kontrolowanym profilu szerokości przerwy energetycznej oraz domieszkowania wykorzystano jedną z najbardziej zaawansowanych technik osadzania cienkich warstw półprzewodnikowych – epitaksję ze związków metaloorganicznych (MOCVD – Metal Organic Chemical Vapor Deposition). W ramach zrealizowanego projektu udało się zaprojektować i skonstruować detektor APD z tellurku kadmowo-rtęciowego (HgCdTe) pracujący w temperaturach możliwych do uzyskania za pomocą chłodziarek termoelektrycznych lub Stirlinga. Na wytworzonym detektorze uzyskano wzmocnienie wynoszące ok. 50 (tj. jeden zaabsorbowany foton prowadzi do powstania około pięćdziesięciu par elektron-dziura) w temperaturze 160 K i przy napięciu zasilania wstecznego 3,5 V.

Publikacje:

  1. M. Kopytko, K. Murawski, P. Madejczyk, J. Sobieski and W. Gawron, “Mid-infrared HgCdTe heterostructure and its potential application to APD operation,” IEEE Electron Device Letters 43(55), 761-764 (2022). MEiN: 140, DOI: 10.1109/LED.2022.3159303
  2. K. Grodecki, K. Murawski, J. Rutkowski, A. Kowalewski, J. Sobieski, “Signal processing for time resolved photoluminescence spectroscopy,” Opto-Electronics Review 29, 91-96 (2021). MEiN: 100, DOI: 10.24425/opelre.2021.139
  3. M. Kopytko, J. Sobieski, W. Gawron, A. Kębłowski, J. Piotrowski, “Minority carrier lifetime in HgCdTe(100) epilayers and their potential application to background radiation limited MWIR photodiodes,” Semiconductor Science and Technology 36, 055003 (2021). MEiN: 70, DOI: 10.1088/1361-6641/abea6d
  4. A. Rogalski, M. Kopytko, and P. Martyniuk, W. Hu, “Trends in performance limits of the HOT infrared photodetectors,” Applied Sciences 11(2), 501 (2021). MEiN: 100 MNiSW: 70, DOI: 10.3390/app11020501
  5. A. Rogalski, M. Kopytko, P. Martyniuk, W. Hu “Comparison of performance limits of the HOT HgCdTe photodiodes with colloidal quantum dot infrared detectors,” Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 68(4), 845-855 (2020). MNiSW: 100, DOI: 10.24425/bpasts.2020.134174
  6. M. Kopytko, E. Gomółka, and K. Jóźwikowski, “Numerical analysis of impact ionization in HOT HgCdTe avalanche photodiodes,” Optical and Quantum Electronics 52, 170 (2020). MNiSW: 40, DOI: 10.1007/s11082-020-02290-z
  7. Ł. Ciura, M. Kopytko, P. Martyniuk, “Low-frequency noise limitations of InAsSb-, and HgCdTe-based infrared detectors,” Sensors and Actuators A: Physical 305, 111908 (2020). MNiSW: 100, DOI: 10.1016/j.sna.2020.111908
  8. A. Rogalski, M. Kopytko, P. Martyniuk, “Two-dimensional infrared and terahertz detectors: Outlook and status,” Applied Physics Reviews 6, 021316 (2019). MNiSW: 200, DOI: 10.1063/1.5088578
  9. A. Rogalski, P. Martyniuk, and M. Kopytko, “Type-II superlattice photodetectors versus HgCdTe photodiodes,” Progress in Quantum Electronics 68, 100228 (2019). MNiSW: 200, DOI: 10.1016/j.pquantelec.2019.100228