Bagong pananaliksik sa ultra-thin na InGaAs photodetector

Bagong pananaliksik sa ultra-thinPhotodetector ng InGaAs
Ang pagsulong ng teknolohiya ng short-wave infrared (SWIR) imaging ay nakapagbigay ng malaking kontribusyon sa mga night vision system, inspeksyon sa industriya, pananaliksik sa agham, at proteksyon sa seguridad at iba pang larangan. Dahil sa pagtaas ng pangangailangan para sa deteksyon na lampas sa visible light spectrum, ang pag-unlad ng mga short-wave infrared image sensor ay patuloy ding tumataas. Gayunpaman, ang pagkamit ng high-resolution at low-noisemalawak na spectrum photodetectorNahaharap pa rin ang maraming teknikal na hamon. Bagama't ang tradisyonal na InGaAs short-wave infrared photodetector ay maaaring magpakita ng mahusay na photoelectric conversion efficiency at carrier mobility, mayroong isang pangunahing kontradiksyon sa pagitan ng kanilang mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap at istraktura ng aparato. Upang makakuha ng mas mataas na quantum efficiency (QE), ang mga kumbensyonal na disenyo ay nangangailangan ng isang absorption layer (AL) na 3 micrometer o higit pa, at ang istrukturang disenyo na ito ay humahantong sa iba't ibang mga problema.
Upang mabawasan ang kapal ng absorption layer (TAL) sa InGaAs short-wave infraredphotodetector, ang pag-compensate para sa pagbawas ng absorption sa mahahabang wavelength ay mahalaga, lalo na kapag ang kapal ng small-area absorption layer ay humahantong sa hindi sapat na absorption sa long-wavelength range. Inilalarawan ng Figure 1a ang paraan ng pag-compensate para sa kapal ng small-area absorption layer sa pamamagitan ng pagpapahaba ng optical absorption path. Pinahuhusay ng pag-aaral na ito ang quantum efficiency (QE) sa short-wave infrared band sa pamamagitan ng pagpapakilala ng TiOx/Au-based guided mode resonance (GMR) structure sa likurang bahagi ng device.

Kung ikukumpara sa tradisyonal na planar metal reflection structures, ang guided mode resonance structure ay maaaring makabuo ng maraming resonance absorption effects, na makabuluhang nagpapahusay sa absorption efficiency ng long-wavelength light. In-optimize ng mga mananaliksik ang pangunahing disenyo ng parameter ng guided mode resonance structure, kabilang ang period, material composition, at filling factor, sa pamamagitan ng rigorous coupled-wave analysis (RCWA) method. Bilang resulta, napapanatili pa rin ng device na ito ang mahusay na absorption sa short-wave infrared band. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga bentahe ng mga materyales na InGaAs, sinuri rin ng mga mananaliksik ang spectral response depende sa substrate structure. Ang pagbaba sa kapal ng absorption layer ay dapat na may kasamang pagbaba sa EQE.
Bilang konklusyon, matagumpay na nakabuo ang pananaliksik na ito ng isang InGaAs detector na may kapal na 0.98 micrometers lamang, na mahigit 2.5 beses na mas manipis kaysa sa tradisyonal na istraktura. Kasabay nito, napapanatili nito ang quantum efficiency na mahigit 70% sa hanay ng wavelength na 400-1700 nm. Ang tagumpay ng ultra-thin InGaAs photodetector ay nagbibigay ng isang bagong teknikal na landas para sa pagbuo ng mga high-resolution, low-noise wide-spectrum image sensor. Ang mabilis na oras ng transportasyon ng carrier na dala ng ultra-thin structure design ay inaasahang makabuluhang magbabawas ng electrical crosstalk at magpapabuti sa mga katangian ng tugon ng device. Kasabay nito, ang pinababang istraktura ng device ay mas angkop para sa single-chip three-dimensional (M3D) integration technology, na naglalatag ng pundasyon para sa pagkamit ng mga high-density pixel array.