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NanoMIR

Composants à nanostructure quantique pour le MIR

Thème de recherche :

Détecteurs quantiques

L’objectif est la fabrication et l’étude de détecteurs quantiques infrarouges (IR) refroidis de haute performance, constitués de super-réseaux de InAs/GaSb de type II (T2SL) contenant du Ga ou de InAs/InAsSb (T2SL) sans Ga dans de nouvelles architectures de barrière. Ces photodétecteurs à base de Sb devraient être capables d’améliorer le rapport signal/bruit afin de satisfaire aux critères SWAP (Size, Weight and Power) avec une température de fonctionnement élevée (T > 150K) dans l’infrarouge à ondes moyennes (MWIR 3-5µm) et d’atteindre des performances élevées dans les domaines spectraux des ondes longues (LWIR 8-12µm) et des ondes très longues (VLWIR l>12µm) pour répondre à des applications spatiales ou militaires spécifiques.

Les structures à barrière (XBn ou XBp) sont désormais la conception habituelle des détecteurs quantiques IR refroidis à base d’antimoniure (Sb). Au cours de la dernière période, des T2SL sans Ga dans le MWIR et des T2SL contenant du Ga dans le LWIR/VLWIR ont été étudiés.

Pour adresser la large bande du MWIR et fonctionner à des températures aussi élevées que 150K, des T2SL sans Ga InAs/InAsSb en configuration XBn ont été développés par MBE sur substrat GaSb. Dans le cadre du projet ANR HOT-MWIR, impliquant l’IES, le LPENS, l’ILV, le 3-5 Lab, l’ONERA et le Lynred (ex Sofradir), la première démonstration d’un détecteur T2SL sans Ga XBn, utilisant un alliage AlAsSb de type n comme couche barrière, a été rapportée. Comparé au détecteur à broches MWIR contenant du Ga, ce dispositif permet une amélioration du fonctionnement en température, montrant une longueur d’onde de coupure de 4,85 µm à 150K et présentant une densité de courant d’obscurité aussi faible que 2×10-6 A/cm2 à 150K et un Vbiais de -200mV.

Dans le cadre du projet ESA, impliquant l’IES, l’IRnova et AIRBUS DS, des détecteurs XBp InAs/GaSb T2SL contenant du Ga ont focalisé les domaines spectraux LWIR et VLWIR. La première structure de détecteur XBp, utilisant InAs/AlSb T2SL de type p comme couche barrière, a été fabriquée et caractérisée. Les spectres de photo-réponse normalisés, la densité de courant d’obscurité (Jdark) et le produit de surface de la résistance différentielle (RdA) en fonction de la tension sont connectés afin d’extraire des polarisations particulières telles que la polarisation de fonctionnement Vop et la polarisation VGR pour lesquelles le courant G-R commence à dominer le courant d’obscurité de la diode.

La prochaine étape pour la technologie T2SL fonctionnant dans le LWIR/VLWIR et destinée à une application spatiale est d’évaluer la tolérance aux rayonnements sous la fluence de protons. En collaboration avec AIRBUS DS, cet objectif est actuellement étudié dans un projet R&T CNES.