تحقیقات جدید در مورد فوق نازکآشکارساز نوری InGaAs
پیشرفت فناوری تصویربرداری مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) سهم قابل توجهی در سیستمهای دید در شب، بازرسی صنعتی، تحقیقات علمی و حفاظت امنیتی و سایر زمینهها داشته است. با افزایش تقاضا برای تشخیص فراتر از طیف نور مرئی، توسعه حسگرهای تصویر مادون قرمز موج کوتاه نیز به طور مداوم در حال افزایش است. با این حال، دستیابی به وضوح بالا و نویز کم،آشکارساز نوری طیف گستردههنوز با چالشهای فنی زیادی روبرو است. اگرچه آشکارساز نوری مادون قرمز موج کوتاه InGaAs سنتی میتواند راندمان تبدیل فوتوالکتریک عالی و تحرک حامل را نشان دهد، اما بین شاخصهای کلیدی عملکرد آنها و ساختار دستگاه تضاد اساسی وجود دارد. برای دستیابی به راندمان کوانتومی (QE) بالاتر، طرحهای مرسوم به یک لایه جذب (AL) با طول 3 میکرومتر یا بیشتر نیاز دارند و این طراحی ساختاری منجر به مشکلات مختلفی میشود.
به منظور کاهش ضخامت لایه جذب (TAL) در طیف مادون قرمز موج کوتاه InGaAsآشکارساز نوریجبران کاهش جذب در طول موجهای بلند بسیار مهم است، به خصوص زمانی که ضخامت لایه جذب با مساحت کوچک منجر به جذب ناکافی در محدوده طول موج بلند میشود. شکل 1a روش جبران ضخامت لایه جذب با مساحت کوچک را با گسترش مسیر جذب نوری نشان میدهد. این مطالعه با معرفی یک ساختار تشدید حالت هدایتشده (GMR) مبتنی بر TiOx/Au در قسمت پشتی دستگاه، بازده کوانتومی (QE) را در باند مادون قرمز موج کوتاه افزایش میدهد.
در مقایسه با ساختارهای بازتاب فلزی مسطح سنتی، ساختار رزونانسی حالت هدایتشده میتواند اثرات جذب رزونانسی چندگانه ایجاد کند و به طور قابل توجهی راندمان جذب نور با طول موج بلند را افزایش دهد. محققان طراحی پارامتر کلیدی ساختار رزونانسی حالت هدایتشده، از جمله دوره، ترکیب مواد و ضریب پر شدن را از طریق روش دقیق تجزیه و تحلیل موج جفتشده (RCWA) بهینه کردند. در نتیجه، این دستگاه همچنان جذب کارآمدی را در باند مادون قرمز موج کوتاه حفظ میکند. محققان با بهرهگیری از مزایای مواد InGaAs، پاسخ طیفی را نیز بسته به ساختار زیرلایه بررسی کردند. کاهش ضخامت لایه جذب باید با کاهش EQE همراه باشد.
در نتیجه، این تحقیق با موفقیت یک آشکارساز InGaAs با ضخامت تنها 0.98 میکرومتر توسعه داد که بیش از 2.5 برابر نازکتر از ساختار سنتی است. در عین حال، این آشکارساز در محدوده طول موج 400 تا 1700 نانومتر، راندمان کوانتومی بیش از 70٪ را حفظ میکند. دستاورد مهم آشکارساز نوری InGaAs فوق نازک، مسیر فنی جدیدی را برای توسعه حسگرهای تصویر با وضوح بالا و نویز کم در طیف گسترده فراهم میکند. انتظار میرود زمان انتقال سریع حامل که توسط طراحی ساختار فوق نازک حاصل میشود، تداخل الکتریکی را به طور قابل توجهی کاهش داده و ویژگیهای پاسخ دستگاه را بهبود بخشد. در عین حال، ساختار دستگاه کوچکشده برای فناوری ادغام سهبعدی تک تراشهای (M3D) مناسبتر است و پایه و اساس دستیابی به آرایههای پیکسلی با چگالی بالا را بنا مینهد.
زمان ارسال: ۲۴ فوریه ۲۰۲۶