Noi cercetări privind fotodetectorul ultra-subțire InGaAs

Noi cercetări despre ultra-subțiriFotodetector InGaAs
Dezvoltarea tehnologiei de imagistică în infraroșu cu unde scurte (SWIR) a adus contribuții semnificative la sistemele de vedere nocturnă, inspecția industrială, cercetarea științifică și protecția securității, precum și la alte domenii. Odată cu creșterea cererii de detectare dincolo de spectrul luminii vizibile, dezvoltarea senzorilor de imagine în infraroșu cu unde scurte este, de asemenea, în continuă creștere. Cu toate acestea, obținerea unei rezoluții ridicate și a unui zgomot redus...fotodetector cu spectru largîncă se confruntă cu multe provocări tehnice. Deși fotodetectoarele tradiționale cu infraroșu cu undă scurtă InGaAs pot prezenta o eficiență excelentă a conversiei fotoelectrice și o mobilitate a purtătorilor de sarcină, există o contradicție fundamentală între indicatorii cheie de performanță și structura dispozitivului. Pentru a obține o eficiență cuantică (QE) mai mare, designurile convenționale necesită un strat de absorbție (AL) de 3 micrometri sau mai mult, iar acest design structural duce la diverse probleme.
Pentru a reduce grosimea stratului de absorbție (TAL) în radiația infraroșie cu unde scurte InGaAsfotodetector, compensarea reducerii absorbției la lungimi de undă mari este crucială, în special atunci când grosimea stratului de absorbție de suprafață mică duce la o absorbție insuficientă în intervalul de lungimi de undă mari. Figura 1a ilustrează metoda de compensare a grosimii stratului de absorbție de suprafață mică prin extinderea căii de absorbție optică. Acest studiu îmbunătățește eficiența cuantică (QE) în banda infraroșie de unde scurte prin introducerea unei structuri de rezonanță în mod ghidat (GMR) bazată pe TiOx/Au pe partea din spate a dispozitivului.

Comparativ cu structurile tradiționale de reflexie metalică planară, structura de rezonanță în mod ghidat poate genera multiple efecte de absorbție prin rezonanță, sporind semnificativ eficiența absorbției luminii cu lungime de undă lungă. Cercetătorii au optimizat proiectarea parametrilor cheie ai structurii de rezonanță în mod ghidat, inclusiv perioada, compoziția materialului și factorul de umplere, prin metoda riguroasă de analiză a undelor cuplate (RCWA). Drept urmare, acest dispozitiv menține în continuare o absorbție eficientă în banda infraroșie cu unde scurte. Valorificând avantajele materialelor InGaAs, cercetătorii au explorat și răspunsul spectral în funcție de structura substratului. Scăderea grosimii stratului de absorbție ar trebui să fie însoțită de o scădere a EQE.
În concluzie, această cercetare a dezvoltat cu succes un detector InGaAs cu o grosime de doar 0,98 micrometri, care este de peste 2,5 ori mai subțire decât structura tradițională. În același timp, acesta menține o eficiență cuantică de peste 70% în intervalul de lungimi de undă 400-1700 nm. Realizarea revoluționară a fotodetectorului InGaAs ultra-subțire oferă o nouă cale tehnică pentru dezvoltarea senzorilor de imagine cu spectru larg, de înaltă rezoluție și zgomot redus. Se așteaptă ca timpul rapid de transport al purtătorului, adus de designul structurii ultra-subțiri, să reducă semnificativ diafonia electrică și să îmbunătățească caracteristicile de răspuns ale dispozitivului. În același timp, structura redusă a dispozitivului este mai potrivită pentru tehnologia de integrare tridimensională pe un singur cip (M3D), punând bazele pentru realizarea unor matrici de pixeli de înaltă densitate.