Modeling of optimized cascade of quantum cascade detector operating in far infrared range

Abstract

На основi розвиненої у моделi координато-залежної ефективної маси та прямокутних потенцiалiв теорiї енергетичного спектра електрона та сил осциляторiв мiжпiдзонних квантових переходiв запропоновано геометричний дизайн компактного каскаду квантового каскадного детектора далекого IЧ дiапазону з двоямною активною зоною. Екстрактор каскаду оптимiзовано так, щоб енергетичнi щаблi його фононної драбинки резонували з енергiєю оптичного фонона, що забезпечує ефективне фононсупровiдне тунелювання електронiв мiж активними зонами каскадiв наноприладу. Встановлено, що зменшення товщини бар’єра мiж ямами активної зони внаслiдок збiльшення вiдстанi мiж рiвнями в антикросингу приводить до розширення смуги поглинання детектора.Using the theory for electron energy spectrum and oscillator strengths of inter-subband quantum transitions, developed in the model of position-dependent effective mass and rectangular potentials, the geometrical design for the compact cascade of a quantum cascade detector (with a two-well active region) operating in far infrared range is proposed. The extractor of the cascade is optimized in such a way that the energy steps of its phonon ladder resonate with optical phonon energy, providing effective phonon-assisted tunneling of electrons between the active regions of cascades. It is shown that increasing thickness of the barrier between the wells of active region, causes the broadening of detector absorption band due to the bigger distance between energy levels in anti-crossing.