Nuove ricerche sugli ultrasottiliFotorivelatore InGaAs
Il progresso della tecnologia di imaging a infrarossi a onde corte (SWIR) ha apportato contributi significativi ai sistemi di visione notturna, all'ispezione industriale, alla ricerca scientifica, alla protezione della sicurezza e ad altri settori. Con la crescente domanda di rilevamento oltre lo spettro della luce visibile, anche lo sviluppo di sensori di immagine a infrarossi a onde corte è in costante aumento. Tuttavia, ottenere alta risoluzione e basso rumorefotorivelatore ad ampio spettroLa tecnologia presenta ancora numerose sfide tecniche. Sebbene i tradizionali fotorivelatori a infrarossi a onda corta InGaAs possano mostrare un'eccellente efficienza di conversione fotoelettrica e mobilità dei portatori di carica, esiste una contraddizione fondamentale tra i loro principali indicatori di prestazione e la struttura del dispositivo. Per ottenere una maggiore efficienza quantica (QE), i progetti convenzionali richiedono uno strato di assorbimento (AL) di 3 micrometri o più, e questa configurazione strutturale comporta diversi problemi.
Al fine di ridurre lo spessore dello strato di assorbimento (TAL) nell'infrarosso a onde corte InGaAsfotorivelatoreCompensare la riduzione dell'assorbimento alle lunghezze d'onda lunghe è fondamentale, soprattutto quando lo spessore ridotto dello strato di assorbimento su piccola area comporta un assorbimento insufficiente nella gamma delle lunghezze d'onda lunghe. La Figura 1a illustra il metodo per compensare lo spessore ridotto dello strato di assorbimento estendendo il percorso di assorbimento ottico. Questo studio migliora l'efficienza quantica (QE) nella banda dell'infrarosso a onde corte introducendo una struttura di risonanza del modo guidato (GMR) a base di TiOx/Au sul lato posteriore del dispositivo.
Rispetto alle tradizionali strutture di riflessione metallica planari, la struttura di risonanza a modo guidato può generare molteplici effetti di assorbimento di risonanza, migliorando significativamente l'efficienza di assorbimento della luce a lunghezza d'onda lunga. I ricercatori hanno ottimizzato la progettazione dei parametri chiave della struttura di risonanza a modo guidato, tra cui il periodo, la composizione del materiale e il fattore di riempimento, attraverso il metodo di analisi rigorosa delle onde accoppiate (RCWA). Di conseguenza, questo dispositivo mantiene un assorbimento efficiente nella banda dell'infrarosso a onde corte. Sfruttando i vantaggi dei materiali InGaAs, i ricercatori hanno anche esplorato la risposta spettrale in funzione della struttura del substrato. La diminuzione dello spessore dello strato di assorbimento dovrebbe essere accompagnata da una diminuzione dell'EQE.
In conclusione, questa ricerca ha permesso di sviluppare con successo un fotorivelatore InGaAs con uno spessore di soli 0,98 micrometri, ovvero oltre 2,5 volte più sottile rispetto alla struttura tradizionale. Allo stesso tempo, mantiene un'efficienza quantica superiore al 70% nella gamma di lunghezze d'onda 400-1700 nm. Il risultato rivoluzionario del fotorivelatore InGaAs ultrasottile apre una nuova strada tecnica per lo sviluppo di sensori di immagine ad ampio spettro, ad alta risoluzione e a basso rumore. Il rapido tempo di trasporto dei portatori di carica, reso possibile dalla struttura ultrasottile, dovrebbe ridurre significativamente la diafonia elettrica e migliorare le caratteristiche di risposta del dispositivo. Allo stesso tempo, la struttura ridotta del dispositivo è più adatta alla tecnologia di integrazione tridimensionale su singolo chip (M3D), ponendo le basi per la realizzazione di array di pixel ad alta densità.
Data di pubblicazione: 24 febbraio 2026