用于势垒红外探测器的 M-超晶格结构的全面量子输运分析

为设计更优的 II 型超晶格势垒红外探测器，本研究通过对吸收层与势垒层均采用 M 结构超晶格进行适当的能带工程，涵盖其详尽分析，并讨论其相对于其他候选结构的潜在优势。理想无限 M 结构的电子能带性质使用八带 $k.p$ 方法计算，该方法考虑了应变与微观界面不对称的影响，主要用于估算带隙与态密度有效质量及其随组成材料层厚度的变化。相反，对于实际有限周期结构，使用包含非相干散射过程的 Keldysh 非平衡格林函数方法计算的局域态密度、谱隧穿透射与电流，为通过结构变化进行微带与局域化工程的定性方面提供了深入见解。我们的关键结果展示了如何实现宽红外光谱范围、减小隧穿暗电流、在界面处诱导强带间波函数重叠以获得充足吸收，以及优异的能带可调性以实现单极或双极电流阻挡势垒。因此，本研究通过展示 M 结构超晶格中的能带工程，完美例证了 6.1 埃材料库潜力的充分发挥，并为在特定应用中可能替代其他复杂超晶格系统搭建了正确平台。