Nghiên cứu mới về bộ tách sóng quang InGaAs siêu mỏng

Nghiên cứu mới về vật liệu siêu mỏngBộ tách sóng quang InGaAs
Sự phát triển của công nghệ hình ảnh hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) đã đóng góp đáng kể vào các hệ thống nhìn đêm, kiểm tra công nghiệp, nghiên cứu khoa học, bảo vệ an ninh và các lĩnh vực khác. Với nhu cầu ngày càng tăng về khả năng phát hiện vượt ra ngoài phổ ánh sáng nhìn thấy, việc phát triển các cảm biến hình ảnh hồng ngoại sóng ngắn cũng không ngừng tăng lên. Tuy nhiên, việc đạt được độ phân giải cao và độ nhiễu thấp vẫn là một thách thức.máy dò quang phổ rộngTuy nhiên, công nghệ này vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Mặc dù bộ tách sóng quang hồng ngoại sóng ngắn InGaAs truyền thống có thể thể hiện hiệu suất chuyển đổi quang điện và độ linh động của hạt tải điện tuyệt vời, nhưng vẫn tồn tại mâu thuẫn cơ bản giữa các chỉ số hiệu suất chính và cấu trúc thiết bị. Để đạt được hiệu suất lượng tử (QE) cao hơn, các thiết kế thông thường yêu cầu lớp hấp thụ (AL) dày từ 3 micromet trở lên, và thiết kế cấu trúc này dẫn đến nhiều vấn đề khác nhau.
Để giảm độ dày của lớp hấp thụ (TAL) trong bộ thu hồng ngoại sóng ngắn InGaAs, cần thực hiện các biện pháp sau:bộ tách sóng quangViệc bù đắp cho sự suy giảm khả năng hấp thụ ở bước sóng dài là rất quan trọng, đặc biệt khi độ dày lớp hấp thụ diện tích nhỏ dẫn đến khả năng hấp thụ không đủ trong dải bước sóng dài. Hình 1a minh họa phương pháp bù đắp cho độ dày lớp hấp thụ diện tích nhỏ bằng cách mở rộng đường dẫn hấp thụ quang học. Nghiên cứu này nâng cao hiệu suất lượng tử (QE) trong dải hồng ngoại sóng ngắn bằng cách đưa cấu trúc cộng hưởng chế độ dẫn hướng (GMR) dựa trên TiOx/Au vào mặt sau của thiết bị.

So với các cấu trúc phản xạ kim loại phẳng truyền thống, cấu trúc cộng hưởng chế độ dẫn hướng có thể tạo ra nhiều hiệu ứng hấp thụ cộng hưởng, giúp tăng cường đáng kể hiệu quả hấp thụ ánh sáng bước sóng dài. Các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa thiết kế thông số chính của cấu trúc cộng hưởng chế độ dẫn hướng, bao gồm chu kỳ, thành phần vật liệu và hệ số lấp đầy, thông qua phương pháp phân tích sóng ghép nối nghiêm ngặt (RCWA). Kết quả là, thiết bị này vẫn duy trì khả năng hấp thụ hiệu quả trong dải hồng ngoại sóng ngắn. Bằng cách tận dụng ưu điểm của vật liệu InGaAs, các nhà nghiên cứu cũng đã khám phá đáp ứng phổ tùy thuộc vào cấu trúc chất nền. Việc giảm độ dày của lớp hấp thụ sẽ đi kèm với sự giảm hiệu suất lượng tử bên ngoài (EQE).
Tóm lại, nghiên cứu này đã phát triển thành công một bộ детеctor InGaAs với độ dày chỉ 0,98 micromet, mỏng hơn hơn 2,5 lần so với cấu trúc truyền thống. Đồng thời, nó vẫn duy trì hiệu suất lượng tử trên 70% trong dải bước sóng 400-1700 nm. Thành tựu đột phá của bộ детеctor quang InGaAs siêu mỏng này mở ra một hướng đi công nghệ mới cho sự phát triển của các cảm biến hình ảnh phổ rộng, độ phân giải cao và độ nhiễu thấp. Thời gian vận chuyển điện tích nhanh chóng nhờ thiết kế cấu trúc siêu mỏng được kỳ vọng sẽ làm giảm đáng kể hiện tượng nhiễu xuyên âm và cải thiện đặc tính phản hồi của thiết bị. Đồng thời, cấu trúc thiết bị được thu nhỏ phù hợp hơn với công nghệ tích hợp ba chiều (M3D) trên một chip duy nhất, đặt nền tảng cho việc đạt được các mảng điểm ảnh mật độ cao.