Rozprawa doktorska
Detektory podczerwieni z plazmonicznym wzmocnieniem absorpcji |
|
Autor:Promotor:Instytucja promująca:Rok: |
Andrzej JanaszekRafał Kotyński, Piotr WróbelWydział Fizyki2026 |
Problemem wysokotemperaturowych fotodetektorów długofalowej podczerwieni jest ich niska czułość wynikająca z niskiego współczynnik absorpcji i krótkiej drogi dyfuzji w półprzewodnikach wąskoprzerwowych. Bardzo potrzebne jest zatem wzmocnienie absorpcji w takich przyrządach, prowadzące do zwiększenia czułości i jednocześnie, dzięki zmniejszeniu grubości absorbera, obniżenia szumów. W niniejszej pracy zbadano możliwość wzmocnienia absorpcji w detektorach podczerwieni poprzez zastosowanie powierzchniowych plazmonów-polarytonów, wnęk optycznych i falowodów planarnych. Wytworzono i scharakteryzowano dwa typy detektorów opartych na cienkich absorberach z supersieci InAs/InAsSb: heterostrukturalną fotodiodę z matrycą podfalowych otworów w metalizacji wierzchniej oraz detektor typu nBn z wysokodomieszkowanym półprzewodnikiem typu N++ oraz matrycą mikrometrycznych wysp metalicznych na powierzchni aktywnej. W drugim z nich zaobserwowano plazmoniczne wzmocnienie czułości o 55% dla długości fali 10.3 μm oraz mody wnękowe zwiększające czułość ponad czterokrotnie i podnoszące wykrywalność do poziomu 6.3∙109 cm√Hz/W dla długości fali 8 μm i temperatury pracy 200 K. Wykonane w ramach pracy symulacje metodami FDTD (ang. finite-difference time-domain) i PWAM (ang. plane wave admittance method) pozwoliły na poznanie natury modów i opty malizację struktur. Kluczową rolę we wzmocnieniu absorpcji odgrywa półprzewodnik typu N++, który dzięki bardzo wysokiej koncentracji domieszki uzyskuje własności metaliczne opisywane modelem Drudego i ujemną przenikalność elektryczną w zakresiedługofalowej podczerwieni.
