Νέα έρευνα για τα εξαιρετικά λεπτάΦωτοανιχνευτής InGaAs
Η πρόοδος της τεχνολογίας απεικόνισης βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας (SWIR) έχει συμβάλει σημαντικά στα συστήματα νυχτερινής όρασης, στη βιομηχανική επιθεώρηση, στην επιστημονική έρευνα και στην προστασία της ασφάλειας και σε άλλους τομείς. Με την αυξανόμενη ζήτηση για ανίχνευση πέρα από το φάσμα του ορατού φωτός, η ανάπτυξη αισθητήρων εικόνας βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας αυξάνεται επίσης συνεχώς. Ωστόσο, η επίτευξη υψηλής ανάλυσης και χαμηλού θορύβου...φωτοανιχνευτής ευρέος φάσματοςεξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλές τεχνικές προκλήσεις. Αν και οι παραδοσιακοί φωτοανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων InGaAs μπορούν να επιδείξουν εξαιρετική απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής και κινητικότητα φορέων, υπάρχει μια θεμελιώδης αντίφαση μεταξύ των βασικών δεικτών απόδοσής τους και της δομής της συσκευής. Για να επιτευχθεί υψηλότερη κβαντική απόδοση (QE), τα συμβατικά σχέδια απαιτούν ένα στρώμα απορρόφησης (AL) 3 μικρομέτρων ή περισσότερο, και αυτός ο δομικός σχεδιασμός οδηγεί σε διάφορα προβλήματα.
Προκειμένου να μειωθεί το πάχος του στρώματος απορρόφησης (TAL) στο υπέρυθρο βραχέων κυμάτων InGaAsφωτοανιχνευτής, η αντιστάθμιση της μείωσης της απορρόφησης σε μεγάλα μήκη κύματος είναι κρίσιμη, ειδικά όταν το πάχος του στρώματος απορρόφησης μικρής επιφάνειας οδηγεί σε ανεπαρκή απορρόφηση στο εύρος μεγάλου μήκους κύματος. Το Σχήμα 1α απεικονίζει τη μέθοδο αντιστάθμισης του πάχους του στρώματος απορρόφησης μικρής επιφάνειας επεκτείνοντας την οπτική διαδρομή απορρόφησης. Αυτή η μελέτη ενισχύει την κβαντική απόδοση (QE) στη ζώνη βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας εισάγοντας μια δομή συντονισμού καθοδηγούμενης λειτουργίας (GMR) βασισμένη σε TiOx/Au στην πίσω πλευρά της συσκευής.
Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές επίπεδες μεταλλικές δομές ανάκλασης, η δομή συντονισμού καθοδηγούμενης λειτουργίας μπορεί να δημιουργήσει πολλαπλά φαινόμενα απορρόφησης συντονισμού, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοση απορρόφησης του φωτός μεγάλου μήκους κύματος. Οι ερευνητές βελτιστοποίησαν τον σχεδιασμό βασικών παραμέτρων της δομής συντονισμού καθοδηγούμενης λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της περιόδου, της σύνθεσης του υλικού και του συντελεστή πλήρωσης, μέσω της μεθόδου αυστηρής ανάλυσης συζευγμένων κυμάτων (RCWA). Ως αποτέλεσμα, αυτή η συσκευή διατηρεί ακόμα αποτελεσματική απορρόφηση στη ζώνη βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας. Αξιοποιώντας τα πλεονεκτήματα των υλικών InGaAs, οι ερευνητές διερεύνησαν επίσης τη φασματική απόκριση ανάλογα με τη δομή του υποστρώματος. Η μείωση του πάχους του στρώματος απορρόφησης θα πρέπει να συνοδεύεται από μείωση του EQE.
Συμπερασματικά, αυτή η έρευνα ανέπτυξε με επιτυχία έναν ανιχνευτή InGaAs με πάχος μόλις 0,98 μικρόμετρα, ο οποίος είναι περισσότερο από 2,5 φορές λεπτότερος από την παραδοσιακή δομή. Ταυτόχρονα, διατηρεί κβαντική απόδοση άνω του 70% στην περιοχή μήκους κύματος 400-1700 nm. Το πρωτοποριακό επίτευγμα του εξαιρετικά λεπτού φωτοανιχνευτή InGaAs παρέχει μια νέα τεχνική πορεία για την ανάπτυξη αισθητήρων εικόνας ευρέος φάσματος υψηλής ανάλυσης και χαμηλού θορύβου. Ο γρήγορος χρόνος μεταφοράς φορέα που προσφέρει ο σχεδιασμός της εξαιρετικά λεπτής δομής αναμένεται να μειώσει σημαντικά την ηλεκτρική διασταυρούμενη επικοινωνία και να βελτιώσει τα χαρακτηριστικά απόκρισης της συσκευής. Ταυτόχρονα, η μειωμένη δομή της συσκευής είναι πιο κατάλληλη για τεχνολογία ολοκλήρωσης τρισδιάστατου (M3D) ενός τσιπ, θέτοντας τα θεμέλια για την επίτευξη συστοιχιών pixel υψηλής πυκνότητας.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Φεβρουαρίου 2026