Ny forskning i ultratyndeInGaAs fotodetektor
Udviklingen af kortbølget infrarød (SWIR) billeddannelsesteknologi har ydet betydelige bidrag til nattesynssystemer, industriel inspektion, videnskabelig forskning og sikkerhedsbeskyttelse samt andre områder. Med den stigende efterspørgsel efter detektion ud over det synlige lysspektrum er udviklingen af kortbølgede infrarøde billedsensorer også konstant stigende. Imidlertid er det vigtigt at opnå høj opløsning og lav støj.bredspektret fotodetektorstår stadig over for mange tekniske udfordringer. Selvom traditionelle InGaAs kortbølgede infrarøde fotodetektorer kan udvise fremragende fotoelektrisk konverteringseffektivitet og bærermobilitet, er der en fundamental modsætning mellem deres nøglepræstationsindikatorer og enhedsstrukturen. For at opnå en højere kvanteeffektivitet (QE) kræver konventionelle designs et absorptionslag (AL) på 3 mikrometer eller mere, og dette strukturelle design fører til forskellige problemer.
For at reducere tykkelsen af absorptionslaget (TAL) i InGaAs kortbølget infrarødtfotodetektor, er det afgørende at kompensere for reduktionen i absorption ved lange bølgelængder, især når tykkelsen af absorptionslaget med et lille areal fører til utilstrækkelig absorption i det lange bølgelængdeområde. Figur 1a illustrerer metoden til at kompensere for tykkelsen af absorptionslaget med et lille areal ved at forlænge den optiske absorptionsvej. Denne undersøgelse forbedrer kvanteeffektiviteten (QE) i det kortbølgede infrarøde bånd ved at introducere en TiOx/Au-baseret guidet mode resonans (GMR) struktur på bagsiden af enheden.
Sammenlignet med traditionelle plane metalreflektionsstrukturer kan den guidede resonansstruktur generere flere resonansabsorptionseffekter, hvilket forbedrer absorptionseffektiviteten af langbølget lys betydeligt. Forskerne optimerede nøgleparameterdesignet for den guidede resonansstruktur, herunder periode, materialesammensætning og fyldningsfaktor, gennem den rigorøse koblede bølgeanalyse (RCWA) metode. Som et resultat opretholder denne enhed stadig effektiv absorption i det kortbølgede infrarøde bånd. Ved at udnytte fordelene ved InGaAs-materialer udforskede forskerne også den spektrale respons afhængigt af substratstrukturen. Faldet i tykkelsen af absorptionslaget bør ledsages af et fald i EQE.
Afslutningsvis har denne forskning med succes udviklet en InGaAs-detektor med en tykkelse på kun 0,98 mikrometer, hvilket er mere end 2,5 gange tyndere end den traditionelle struktur. Samtidig opretholder den en kvanteeffektivitet på over 70% i bølgelængdeområdet 400-1700 nm. Den banebrydende præstation med den ultratynde InGaAs-fotodetektor åbner en ny teknisk vej for udviklingen af højopløselige, støjsvage bredspektrede billedsensorer. Den hurtige transporttid, som det ultratynde strukturdesign medfører, forventes at reducere elektrisk krydstale betydeligt og forbedre enhedens responsegenskaber. Samtidig er den reducerede enhedsstruktur mere egnet til single-chip tredimensionel (M3D) integrationsteknologi og lægger dermed grundlaget for at opnå pixelarrays med høj densitet.
Opslagstidspunkt: 24. feb. 2026