Ny forskning på ultratynneInGaAs fotodetektor
Utviklingen av kortbølget infrarød (SWIR) bildeteknologi har gitt betydelige bidrag til nattsynssystemer, industriell inspeksjon, vitenskapelig forskning og sikkerhetsbeskyttelse og andre felt. Med den økende etterspørselen etter deteksjon utover det synlige lysspekteret, øker også utviklingen av kortbølget infrarød bildesensorer stadig. Imidlertid er det viktig å oppnå høy oppløsning og lavt støynivå.bredspektret fotodetektorstår fortsatt overfor mange tekniske utfordringer. Selv om tradisjonelle InGaAs kortbølgede infrarøde fotodetektorer kan vise utmerket fotoelektrisk konverteringseffektivitet og bærermobilitet, er det en grunnleggende motsetning mellom deres nøkkelindikatorer for ytelse og enhetsstruktur. For å oppnå høyere kvanteeffektivitet (QE) krever konvensjonelle design et absorpsjonslag (AL) på 3 mikrometer eller mer, og denne strukturelle designen fører til forskjellige problemer.
For å redusere tykkelsen på absorpsjonslaget (TAL) i InGaAs kortbølget infrarødtfotodetektor, er det avgjørende å kompensere for reduksjonen i absorpsjon ved lange bølgelengder, spesielt når tykkelsen på absorpsjonslaget med lite areal fører til utilstrekkelig absorpsjon i det lange bølgelengdeområdet. Figur 1a illustrerer metoden for å kompensere for tykkelsen på absorpsjonslaget med lite areal ved å forlenge den optiske absorpsjonsbanen. Denne studien forbedrer kvanteeffektiviteten (QE) i det kortbølgede infrarøde båndet ved å introdusere en TiOx/Au-basert guidet modusresonans (GMR)-struktur på baksiden av enheten.
Sammenlignet med tradisjonelle plane metallrefleksjonsstrukturer kan den guidede modusresonansstrukturen generere flere resonansabsorpsjonseffekter, noe som forbedrer absorpsjonseffektiviteten til langbølget lys betydelig. Forskerne optimaliserte nøkkelparameterdesignet til den guidede modusresonansstrukturen, inkludert periode, materialsammensetning og fyllingsfaktor, gjennom den rigorøse koblede bølgeanalysemetoden (RCWA). Som et resultat opprettholder denne enheten fortsatt effektiv absorpsjon i det kortbølgede infrarøde båndet. Ved å utnytte fordelene med InGaAs-materialer utforsket forskerne også den spektrale responsen avhengig av substratstrukturen. Reduksjonen i tykkelsen på absorpsjonslaget bør ledsages av en reduksjon i EQE.
Avslutningsvis utviklet denne forskningen en InGaAs-detektor med en tykkelse på bare 0,98 mikrometer, som er mer enn 2,5 ganger tynnere enn den tradisjonelle strukturen. Samtidig opprettholder den en kvanteeffektivitet på over 70 % i bølgelengdeområdet 400–1700 nm. Den banebrytende prestasjonen med den ultratynne InGaAs-fotodetektoren åpner en ny teknisk vei for utvikling av høyoppløselige, lavstøys bredspektrede bildesensorer. Den raske transporttiden for bærebølgen som følge av den ultratynne strukturdesignen forventes å redusere elektrisk krysstale betydelig og forbedre enhetens responsegenskaper. Samtidig er den reduserte enhetsstrukturen mer egnet for tredimensjonal (M3D) integrasjonsteknologi med én brikke, og legger grunnlaget for å oppnå pikselmatriser med høy tetthet.
Publisert: 24. feb. 2026