La Dra. Wendy Sarney utiliza la máquina de epitaxia de haz molecular en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Para producir materiales detectores de infrarrojos con un nuevo proceso de síntesis. Crédito:Ejército de EE. UU.
Científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y de la Universidad de Stony Brook han desarrollado un nuevo proceso de síntesis para la fabricación de bajo costo de un material previamente descontado en la literatura para cámaras infrarrojas de alta sensibilidad. abriendo nuevas posibilidades para futuras operaciones nocturnas del Ejército.
Los Dres. De ARL. Wendy Sarney y Stefan Svensson lideraron un enfoque novedoso para usar el semiconductor InAsSb, un material que no se ha utilizado antes en cámaras IR de alto rendimiento para las longitudes de onda más largas (10 micrones). Los mejores materiales para los sensores de luz de la cámara IR se basan actualmente en HgCdTe, que pertenece a la familia de compuestos II-VI.
"Desafortunadamente, Son muy caros, principalmente porque solo hay clientes militares para este material, "Dijo Svensson.
InAsSb es un semiconductor III-V, que es una clase de materiales utilizados en optoelectrónica en muchos productos comerciales, como reproductores de DVD y teléfonos móviles.
"El ojo humano está optimizado por la naturaleza para observar la luz reflejada del sol en una banda de colores muy estrecha (longitudes de onda de la luz), conocido como el espectro visible; sin embargo, todos los objetos de la naturaleza brillan con una luz tenue incluso a bajas temperaturas, que produce colores en el rango de infrarrojos (IR) que son invisibles a simple vista. Estas longitudes de onda son unas diez veces más largas que las de la luz visible.
Los investigadores del Ejército están utilizando la epitaxia de haz molecular (MBE) para producir nuevos materiales detectores de infrarrojos basados en InAsSb. Este es un semiconductor III-V, una clase de materiales que también se utiliza en optoelectrónica en muchos productos comerciales, como reproductores de DVD y teléfonos móviles. Crédito:Ejército de EE. UU.
"Al utilizar cámaras que pueden ver la tenue luz infrarroja, los soldados pueden operar durante la noche, ", Dijo Sarney." Cuanto más sensible es una cámara de este tipo, o en otras palabras, cuanto más pequeñas sean las diferencias de color o temperatura que pueda ver, Cuantos más detalles se puedan discernir en un campo de batalla y se puedan detectar enemigos a distancias más largas. Por lo tanto, las cámaras de infrarrojos de alto rendimiento son extremadamente importantes para el ejército ".
La clave de este descubrimiento fue darse cuenta de que el material necesitaba no distorsionarse por la tensión para poder ver a 10 micrones. Esta fue una dificultad importante que tuvo que superarse antes de que InAsSb pudiera usarse como material sensor. El rendimiento de los dispositivos basados en materiales semiconductores también depende de la perfección cristalina del material. InAsSb debe depositarse sobre un material cristalino de partida (un sustrato) que tiene un espaciado más pequeño entre los átomos. Este desajuste de tamaño a escala atómica debe manejarse extremadamente bien para que el material sensible a la luz funcione correctamente.
Entre los posibles sustratos, los más grandes y más baratos suelen tener un espaciado atómico progresivamente más pequeño. A lo largo de varios años, ARL y Stony Brook encontraron una manera de gestionar el desajuste del espaciado atómico que culminó en el trabajo actual que utiliza GaAs como sustrato. Este es el sustrato más común utilizado en la industria III-V para numerosos productos de consumo. Es económico y está disponible en tamaños grandes. Los sustratos de área grande permiten la fabricación de múltiples sensores de cámara al mismo tiempo, lo que podría realizarse en fundiciones comerciales. Todo esto abre oportunidades para producir cámaras IR de alta calidad para soldados a un costo mucho menor.
Los investigadores del ejército siguieron un enfoque novedoso para usar el semiconductor InAsSb, un material que no se ha utilizado antes en cámaras IR de alto rendimiento para las longitudes de onda más largas (10 micrones). Aquí, el material se magnifica a escala de átomos individuales. Crédito:Ejército de EE. UU.
ARL y Stony Brook combinaron técnicas de mediación de deformaciones para gestionar eficazmente el desajuste de espacio atómico \ sim 10% entre el material de detección de InAsSb y el sustrato de GaAs. Para hacer esto, depositaron una capa intermedia de GaSb sobre GaAs de una manera que atrapó la mayoría de los defectos causados por el desajuste de tamaño. Luego aumentaron aún más el espacio atómico con una capa graduada que también mantuvo los defectos alejados del material del sensor InAsSb.
El material se examinó con microscopía electrónica de transmisión de alta resolución para asegurarse de que tuviera una calidad estructural suficiente. También encontraron que la calidad óptica relacionada con las propiedades de detección era notablemente alta. Esta investigación muestra un camino hacia una práctica, Solución de menor costo para el eventual despliegue de sistemas de visión nocturna basados en materiales infrarrojos de longitud de onda larga III-V.
