Penelitian baru tentang fotodetektor InGaAs ultra-tipis

Penelitian baru tentang ultra-tipisFotodetektor InGaAs
Kemajuan teknologi pencitraan inframerah gelombang pendek (SWIR) telah memberikan kontribusi signifikan pada sistem penglihatan malam, inspeksi industri, penelitian ilmiah, dan perlindungan keamanan serta bidang lainnya. Dengan meningkatnya permintaan deteksi di luar spektrum cahaya tampak, pengembangan sensor gambar inframerah gelombang pendek juga terus meningkat. Namun, mencapai resolusi tinggi dan noise rendah masih menjadi tantangan.fotodetektor spektrum luasMeskipun masih menghadapi banyak tantangan teknis, fotodetektor inframerah gelombang pendek InGaAs tradisional dapat menunjukkan efisiensi konversi fotolistrik dan mobilitas pembawa muatan yang sangat baik, terdapat kontradiksi mendasar antara indikator kinerja utama dan struktur perangkatnya. Untuk mendapatkan efisiensi kuantum (QE) yang lebih tinggi, desain konvensional memerlukan lapisan absorpsi (AL) setebal 3 mikrometer atau lebih, dan desain struktural ini menyebabkan berbagai masalah.
Untuk mengurangi ketebalan lapisan absorpsi (TAL) pada inframerah gelombang pendek InGaAsfotodetektorMengkompensasi pengurangan penyerapan pada panjang gelombang yang panjang sangat penting, terutama ketika ketebalan lapisan penyerapan area kecil menyebabkan penyerapan yang tidak mencukupi pada rentang panjang gelombang yang panjang. Gambar 1a mengilustrasikan metode mengkompensasi ketebalan lapisan penyerapan area kecil dengan memperpanjang jalur penyerapan optik. Studi ini meningkatkan efisiensi kuantum (QE) pada pita inframerah gelombang pendek dengan memperkenalkan struktur resonansi mode terpandu (GMR) berbasis TiOx/Au di sisi belakang perangkat.

Dibandingkan dengan struktur refleksi logam planar tradisional, struktur resonansi mode terpandu dapat menghasilkan beberapa efek penyerapan resonansi, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi penyerapan cahaya panjang gelombang. Para peneliti mengoptimalkan desain parameter kunci dari struktur resonansi mode terpandu, termasuk periode, komposisi material, dan faktor pengisian, melalui metode analisis gelombang gabungan yang ketat (RCWA). Hasilnya, perangkat ini masih mempertahankan penyerapan yang efisien pada pita inframerah gelombang pendek. Dengan memanfaatkan keunggulan material InGaAs, para peneliti juga mengeksplorasi respons spektral yang bergantung pada struktur substrat. Penurunan ketebalan lapisan penyerapan seharusnya disertai dengan penurunan EQE.
Kesimpulannya, penelitian ini berhasil mengembangkan detektor InGaAs dengan ketebalan hanya 0,98 mikrometer, yang lebih dari 2,5 kali lebih tipis daripada struktur tradisional. Pada saat yang sama, detektor ini mempertahankan efisiensi kuantum lebih dari 70% dalam rentang panjang gelombang 400-1700 nm. Pencapaian terobosan detektor foto InGaAs ultra-tipis ini memberikan jalur teknis baru untuk pengembangan sensor gambar spektrum lebar beresolusi tinggi dan rendah noise. Waktu transportasi pembawa yang cepat yang dihasilkan oleh desain struktur ultra-tipis diharapkan dapat secara signifikan mengurangi crosstalk listrik dan meningkatkan karakteristik respons perangkat. Pada saat yang sama, struktur perangkat yang lebih kecil lebih cocok untuk teknologi integrasi tiga dimensi (M3D) chip tunggal, meletakkan dasar untuk mencapai susunan piksel kepadatan tinggi.