InAlSb材料禁带宽度的温度特性研究张宏飞杨瑾焜陈刚李墨---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---摘要：基于经典Varshni模型，提出了In1-xAlxSb的能带值Eg随Al组分和温度变化的经验关系Eg（x，T），并通过已有的文献数据对该公式进行有效性的验证。实验上，采用分子束外延方法在InSb（100）衬底上生长p+-p+-n-n+势---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---垒型结构的InAlSb外延层。运用高分辨率X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征，计算得出Al组分为2.8%。然后将InAlSb材料制备成红外探测器二极管并测量77～260K下的光谱响应曲线，从而计算出In0.972Al0.028Sb材料的能带值随温度的变化关系。对比分析的结果表明：实验观察和文献数据均与理论推导基本吻合。InAlSb能带值与Al组分和温度变化关系的确定为探测器材料结构设计提供了必要的理论支撑。关键词：InAlSb;禁带宽度;MBE;光谱响应;温度特性;红外探测器：TJ760;TN213文献标识码：A：1673-5048（2021）03-0105-040引言高工作温度红外探测器能够有效减小探测器组件的重量、体积、功耗和成本，复合SWaP-C技术准则是红外探测器发展的一个主要方向。InSb探测器是当前红外探测器的主要类型之一，其技术成熟度高、稳定性好，已经被广泛应用于气象观测、医疗诊断、气体探测、安防报警等多个领域。InSb探测器禁带宽度较窄，必须工作于80K左右，较为严格的工作条件导致探测器组件本身的重量大、功耗高、成本高，不利于探测器应用领域的拓展。如何提升工作温度是InSb探测器面临的一大难题。InAlSb探测器被认为是提升InSb探测器工作温度的有效解决途径[1-2]。InSb是二元化合物，无法调节禁带宽度，InSb的禁带宽度为0.235eV，AlSb为2.386eV，采用分子束外延技术在InSb中加入少量的AlSb能够有效拓宽材料的禁带宽度[3-5]。由于Al组分较少，探测器的加工工艺兼容性很高，能够最大限度地利用InSb成熟的制备技术，加快InAlSb探测器的工程化应用。此外，InAlSb材料还能够通过材料结构设计，减小探测器内部的暗电流，进一步提升工作温度[6-8]。国外众多研究机构开展了有关InAlSb禁带宽度随温度、Al组分的变化关系的研究。300K时，InAlSb禁带宽度随Al组分（10%～60%）的变化呈线性关系[9]。文献[10]则通过透射谱得出了在低Al（0%～25%）组分含量下的线性特征，且研究了在Al含量固定的情况下禁带宽度的变温特性。但随后的研究[11-13]认为，在某一固定温度下，能带值与Al组分的变化存在一个弯曲系数c，决定着两者的关系是否线性，并给出了c的具体数值c=0.32eV和c=0.43eV，其中文献[13]采用经验赝势方法得出的c具有较大的参考价值。上述文献的研究仅给出了禁带宽度随Al组分或温度的单一变化关系，并未得出在两个参量同时作用下的二元关系式Eg（x，T）;此外，文献中禁带宽度的实验值均是通过测量InAlSb材料本身的吸收谱、透射谱或电反射谱等得出，并未从探测器器件角度进行探讨。因此，本文根据二元化合物InSb和AlSb的---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---Varshni关系式，推导得出三元化合物In1-xAlxSb能带值的经验公式Eg（x，T），并且将InAlSb材料制备成多元探测器件，测量探测器的光谱响应得出材料的能带值，并进行对比分析。1理论计算对于三元合金材料A1-xBxC来说，其禁带宽度与组分x之间存在如下关系[14]：Eg（x）=ax+b（1-x）-cx（1-x）（1）式中：a和b分别为当x=1和x=0时的带隙值;c=0.43eV。式（1）可变为Eg（x，T）=EAlSbg（T）x+EInSbg（T）（1-x）-0.43x（1-x）（2）利用Varshni方程[15]，可以推导得出如下InAlSb的带隙与温度及Al组分的二元方程：EInAlSbg（x，T）=EAlSbg（0）-αAlSbT2τ+βAlSbx+EInSbg（0）-αInSbT2τ+βInSb（1-x）-0.43x（1-x）（3）式中：Eg（0），α和β均為Varshni参数，取值如表1所示，Eg（0）为T=0K时的禁带宽度，β与材料的德拜温度密切相关。代入表1中的参数，得出InAlSb的禁带宽度关系式：Eg（x，T）=0.235...