Новые исследования сверхтонкого фотодетектора на основе InGaAs.

Новые исследования в области сверхтонких материаловФотодетектор на основе InGaAs
Развитие технологии коротковолнового инфракрасного (SWIR) изображения внесло значительный вклад в системы ночного видения, промышленную инспекцию, научные исследования, системы безопасности и другие области. В связи с растущим спросом на обнаружение объектов за пределами видимого спектра, разработка коротковолновых инфракрасных датчиков изображения также постоянно расширяется. Однако достижение высокого разрешения и низкого уровня шума требует значительных усилий.фотодетектор широкого спектраПо-прежнему существует множество технических проблем. Хотя традиционные коротковолновые инфракрасные фотодетекторы на основе InGaAs могут демонстрировать превосходную эффективность фотоэлектрического преобразования и подвижность носителей заряда, существует фундаментальное противоречие между их ключевыми показателями производительности и структурой устройства. Для достижения более высокой квантовой эффективности (QE) традиционные конструкции требуют наличия поглощающего слоя (AL) толщиной 3 микрометра или более, и такая конструкция приводит к различным проблемам.
Для уменьшения толщины поглощающего слоя (TAL) в коротковолновом инфракрасном диапазоне InGaAsфотодетекторКомпенсация снижения поглощения на длинных волнах имеет решающее значение, особенно когда малая толщина поглощающего слоя приводит к недостаточному поглощению в длинноволновом диапазоне. На рисунке 1а показан метод компенсации малой толщины поглощающего слоя путем удлинения оптического пути поглощения. В данном исследовании повышается квантовая эффективность (КЭ) в коротковолновом инфракрасном диапазоне за счет введения структуры резонанса направленных мод (GMR) на основе TiOx/Au на обратной стороне устройства.

По сравнению с традиционными планарными металлическими отражающими структурами, структура с резонансом направленной моды может создавать множественные эффекты резонансного поглощения, значительно повышая эффективность поглощения длинноволнового света. Исследователи оптимизировали ключевые параметры структуры с резонансом направленной моды, включая период, состав материала и коэффициент заполнения, с помощью метода анализа связанных волн (RCWA). В результате это устройство сохраняет эффективное поглощение в коротковолновом инфракрасном диапазоне. Используя преимущества материалов InGaAs, исследователи также изучили спектральный отклик в зависимости от структуры подложки. Уменьшение толщины поглощающего слоя должно сопровождаться уменьшением внешней квантовой эффективности (EQE).
В заключение, в данном исследовании успешно разработан детектор на основе InGaAs толщиной всего 0,98 микрометра, что более чем в 2,5 раза тоньше традиционной структуры. При этом сохраняется квантовая эффективность более 70% в диапазоне длин волн 400-1700 нм. Прорывное достижение в создании сверхтонкого фотодетектора на основе InGaAs открывает новый технический путь для разработки высокоразрешающих, малошумных широкоспектральных датчиков изображения. Ожидается, что быстрое время переноса носителей заряда, обеспечиваемое сверхтонкой структурой, значительно снизит электрические перекрестные помехи и улучшит характеристики отклика устройства. В то же время, уменьшенная структура устройства лучше подходит для технологии трехмерной интеграции на одном кристалле (M3D), закладывая основу для создания массивов пикселей высокой плотности.