Nove raziskave ultra tankega fotodetektorja InGaAs

Nove raziskave o ultra tankihInGaAs fotodetektor
Napredek tehnologije slikanja s kratkovalovnim infrardečim (SWIR) spektrom je pomembno prispeval k sistemom nočnega vida, industrijskim inšpekcijskim pregledom, znanstvenim raziskavam, varnostni zaščiti in drugim področjem. Z naraščajočim povpraševanjem po zaznavanju zunaj vidnega svetlobnega spektra se nenehno povečuje tudi razvoj kratkovalovnih infrardečih slikovnih senzorjev. Vendar pa je doseganje visoke ločljivosti in nizkega šuma pomembno.širokospektralni fotodetektorše vedno se sooča s številnimi tehničnimi izzivi. Čeprav lahko tradicionalni kratkovalovni infrardeči fotodetektor InGaAs kaže odlično učinkovitost fotoelektrične pretvorbe in mobilnost nosilcev naboja, obstaja temeljno protislovje med njihovimi ključnimi kazalniki delovanja in strukturo naprave. Za doseganje višje kvantne učinkovitosti (QE) konvencionalne zasnove zahtevajo absorpcijsko plast (AL) debeline 3 mikrometrov ali več, ta strukturna zasnova pa vodi do različnih težav.
Da bi zmanjšali debelino absorpcijske plasti (TAL) v kratkovalovnem infrardečem sevanju InGaAsfotodetektorKompenzacija zmanjšanja absorpcije pri dolgih valovnih dolžinah je ključnega pomena, zlasti kadar debelina absorpcijske plasti z majhno površino vodi do nezadostne absorpcije v območju dolgih valovnih dolžin. Slika 1a prikazuje metodo kompenzacije debeline absorpcijske plasti z majhno površino s podaljšanjem optične absorpcijske poti. Ta študija poveča kvantno učinkovitost (QE) v kratkovalovnem infrardečem pasu z uvedbo strukture vodene resonance (GMR) na osnovi TiOx/Au na zadnji strani naprave.

V primerjavi s tradicionalnimi planarnimi kovinskimi refleksijskimi strukturami lahko vodena resonančna struktura ustvari več resonančnih absorpcijskih učinkov, kar znatno izboljša učinkovitost absorpcije svetlobe dolgih valovnih dolžin. Raziskovalci so s pomočjo rigorozne metode analize sklopljenih valov (RCWA) optimizirali zasnovo ključnih parametrov vodene resonančne strukture, vključno s periodo, sestavo materiala in faktorjem polnjenja. Posledično ta naprava še vedno ohranja učinkovito absorpcijo v kratkovalovnem infrardečem pasu. Z izkoriščanjem prednosti materialov InGaAs so raziskovalci raziskali tudi spektralni odziv, odvisno od strukture substrata. Zmanjšanje debeline absorpcijske plasti naj bi spremljalo zmanjšanje EQE.
Skratka, v tej raziskavi je bil uspešno razvit detektor InGaAs z debelino le 0,98 mikrometra, kar je več kot 2,5-krat manj kot pri tradicionalni strukturi. Hkrati ohranja kvantno učinkovitost več kot 70 % v območju valovnih dolžin 400–1700 nm. Prebojni dosežek ultra tankega fotodetektorja InGaAs ponuja novo tehnično pot za razvoj visokoločljivostnih, nizkošumnih slikovnih senzorjev širokega spektra. Pričakuje se, da bo hiter čas prenosa nosilcev, ki ga omogoča zasnova ultra tanke strukture, znatno zmanjšal električno presluh in izboljšal odzivne značilnosti naprave. Hkrati je reducirana struktura naprave bolj primerna za tehnologijo tridimenzionalne integracije z enim čipom (M3D), kar postavlja temelje za doseganje nizov slikovnih pik z visoko gostoto.