Leistungsfähige Infrarotdetektoren mit hoher Betriebstemperatur auf Basis antimonidischer Übergitter

Der spektroskopische Fingerabdruck von Substanzen im Infraroten wird in modernen, echtzeitfähigen Anwendungen mit halbleiterbasierten, thermoelektrisch gekühlten Photodetektoren identifiziert. In dieser Arbeit werden InAs/GaSb-Übergitter, die künstliche Halbleiter-Quantenstrukturen darstellen, als Detektormaterial für thermoelektrisch gekühlte Infrarot-Photodetektoren untersucht, entwickelt und optimiert.

Leistungsfähige Infrarotdetektoren für den Spektralbereich von 3-12 µm sind Schlüsselkomponenten für die Infrarot-Spektroskopie, die als wichtige Analysemethode in Industrie und Forschung Einsatz findet. Bei höchsten Ansprüchen an Geschwindigkeit und Sensitivität werden diese Detektoren aus Halbleitermaterialien gefertigt. In dieser Arbeit werden Infrarotdetektoren basierend auf dem Halbleiter-Quantensystem InAs/GaSb-Übergitter erforscht und mit Fokus auf den durch thermoelektrische Kühlung erschließbaren Betriebstemperaturbereich entwickelt. Dabei wird die Einstellbarkeit der Bandlückenenergie durch die Variation der Übergitterkomposition temperaturabhängig untersucht. Die elektrooptische Charakterisierung von übergitterbasierten Infrarotdetektoren offenbart temperaturabhängige Limitierungen der Leistungsfähigkeit, die auf fundamentale Materialeigenschaften zurückgeführt werden können. Im Anschluss an eine Detektoroptimierung wird die Einsetzbarkeit der entwickelten Detektoren für echtzeitfähige Infrarot-Spektroskopie mithilfe eines Labordemonstrators gezeigt, der die Detektion rückgestreuter Strahlung für die Identifikation chemischer Substanzen nutzt.

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