Performance evaluation of a quantum-well infrared photodetector in patch-antenna architecture

Nel presente lavoro di tesi si dimostra il miglioramento delle perfomances di un detector basato su pozzi quantici (QWIP-Quantum Well Infrared Photo detector)(n-type GaAs/AlGaAs) nel range infrarosso (λ ≈8.6µm), processato in un array di nano-antenne a doppio metallo. I Quantum Well detectors generano fotocorrente attivando transizioni intersottobanda nel supereticolo di pozzi quantici. Le prestazioni di questi detectors sono deteriorate dal rumore associato alla corrente di dark, proporzionale all’area del detector e dipendente esponenzialemente dalla temperatura. In questo lavoro, si dimostra che le antenne patches agiscono da micro-cavitá che confinano il campo elettrico incidente in uno strato di semiconduttore con dimensioni minori della lunghezza d’onda, evitano la regola di selezione intersottobanda e raccolgono fotoni da un’area maggiore delle dimensioni fisiche del dispositivo stesso, riducendo la corrente di dark senza diminuire la fotocorrente. Il miglioramento delle prestazioni del detector é espresso in termini di area di collezione Acoll e di focusing factor, l’aumento di campo locale. Queste quantitá sono state estratte da spettri di riflettivitá presi tramite spettroscopia infrarosso a Trasformata di Fourier (FTIR) a 300K. Caratteristiche tensione-corrente sono state misurate in condizioni dark e di background (300K) da 4K a 300K, e paragonate ad un dispositivo con la stessa regione attiva ma processato con una faccetta a 45 °. Da queste curve la temperatura di BLIP (Background Infrared Limited Performance) è stata ricavata. Misure di fotocorrente in funzione del bias sono state prese tramite tecnica con amplificatore lock-in. Le figure di merito responsivitá e detectivity sono state estratte dalle misure di fotocorrente, dopo la calibrazione della potenza radiativa incidente. Queste misure mostrano un miglioramento di 10K nelle performaneces rispetto al dispositivo mesa, dimostrando un’elevata sensibilitá fino a temperatura ambiente.