Forskare vid U.S. Army Research Laboratory och Stony Brook University har utvecklat en ny syntesprocess för lågkostnadstillverkning av ett material som tidigare diskonterats i litteratur för högkänsliga infraröda kameror, öppna nya möjligheter för framtida arménattoperationer.

ARL:s Drs. Wendy Sarney och Stefan Svensson ledde ett nytt tillvägagångssätt för att använda halvledaren InAsSb, ett material som inte har använts tidigare i högpresterande IR-kameror för de längsta våglängderna (10 mikron). De bästa materialen för IR-kamerans ljussensorer är för närvarande baserade på HgCdTe, som tillhör familjen II-VI-föreningar.

"Tyvärr, De är väldigt dyra, mestadels för att det bara finns militära kunder för detta material, Sa Svensson.

InAsSb är en III-V halvledare, som är en klass av material som används inom opto-elektronik i många kommersiella produkter som DVD-spelare och mobiltelefoner.

"Det mänskliga ögat är optimerat av naturen för att observera reflekterat ljus från solen i ett mycket smalt band av färger (våglängder av ljus), känd som det synliga spektrumet; dock, alla objekt i naturen lyser med ett svagt ljus även vid låga temperaturer, som producerar färger i det infraröda (IR) intervallet som är osynliga för blotta ögat. Dessa våglängder är ungefär tio gånger längre än synligt ljus.

"Genom att använda kameror som kan se det svaga IR -ljuset, soldater kan operera under natten, "Sarney sa." Den känsligare en sådan kamera är, eller med andra ord, ju mindre färg- eller temperaturskillnaderna är som den kan se, mer detaljer som kan skönjas på ett slagfält och fiender kan upptäckas på längre avstånd. Högpresterande IR-kameror är därför extremt viktiga för armén. "

Nyckeln i denna upptäckt var insikten att materialet behövde vara oförvrängt av töjning för att se vid 10 mikron. Detta var en stor svårighet som måste övervinnas innan InAsSb kunde användas som sensormaterial. Prestanda för enheter baserade på halvledarmaterial beror också på materialets kristallina perfektion. InAsSb måste deponeras på ett kristallint utgångsmaterial (ett substrat) som har ett mindre avstånd mellan atomerna. Denna felmatchning i atomskala måste hanteras extremt bra för att det ljuskänsliga materialet ska fungera korrekt.

Bland möjliga substrat, större och billigare har vanligtvis successivt mindre atomavstånd. Under flera år hittade ARL och Stony Brook ett sätt att hantera den ojämna atomavståndet som kulminerade i det nuvarande arbetet som använder GaA som ett substrat. Detta är det vanligaste substratet som används i III-V-industrin för många konsumentprodukter. Det är billigt och finns i stora storlekar. Underlag med stora ytor möjliggör tillverkning av flera kamerasensorer samtidigt som kan göras i kommersiella gjuterier. Allt detta öppnar möjligheter att producera högkvalitativa IR-kameror för soldater till en mycket reducerad kostnad.

ARL och Stony Brook kombinerade stammedierande tekniker för att effektivt hantera? 10% atomavståndsmatchning mellan InAsSb-avkänningsmaterial och GaAs-substrat. Att göra detta, de deponerade ett mellanliggande lager av GaSb på GaAs på ett sätt som fångade de flesta defekterna som orsakas av storleksfel. De ökade sedan atomavståndet ytterligare med ett graderat lager som också höll defekter borta från InAsSb sensormaterial.

Materialet undersöktes med högupplöst transmissionselektronmikroskopi för att säkerställa att det hade tillräcklig strukturell kvalitet. De fann också att den optiska kvaliteten relaterad till detekteringsegenskaper var anmärkningsvärt hög. Denna forskning visar en väg till en praktisk, lägre kostnadslösning för eventuell fältning av nattvisionssystem baserade på III-V långa våglängd infraröda material.