Simulación de un diodo de avalancha de un solo fotón Ge-on-Si iluminado por la parte trasera con una estructura de...

Área de la Ciencia:

• La optoelectrónica es la óptica electrónica.
• Dispositivos de semiconductores Dispositivos de semiconductores.
• La fotónica es la fotónica.

Sus antecedentes:

• Los diodos de avalancha de un solo fotón de germanio sobre silicio (SPAD) ofrecen compatibilidad CMOS para la detección de infrarrojos de onda corta (SWIR).
• Los SPAD Ge-on-Si actuales se enfrentan a limitaciones en la eficiencia de detección a 1310 nm y 1550 nm debido a la estructura del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Proponer y evaluar un SPAD Geon-on-Si iluminado por la parte trasera (BSI) con una estructura de captura de luz integrada.
• Para mejorar la eficiencia de detección de un solo fotón (SPDE) en longitudes de onda SWIR críticas.

Principales métodos:

• Utilizó simulaciones de dominio de tiempo de diferencias finitas (FDTD) y TCAD para la optimización del diseño de la nanoestructura.
• Implementó una matriz de nanoconos en la parte posterior del sustrato y un reflector de aluminio en la parte delantera.
• Empleó una técnica de implantación enmascarada para controlar la distribución del campo eléctrico.

Principales resultados:

• Se lograron SPDEs del 37,7% a 1310 nm y del 21,2% a 1550 nm.
• Demostró una reducción del 61,2% en la tasa de recuento oscuro (DCR) a temperatura ambiente.
• Se proyecta una mayor supresión de DCR a temperaturas criogénicas.

Conclusiones:

• El propuesto BSI Ge-on-Si SPAD con atrapamiento de luz mejora significativamente la detección de fotones SWIR.
• Este avance permite matrices SPAD más grandes y una mayor integración para la detección SWIR.
• La estructura optimizada del dispositivo es crucial para las tecnologías de imágenes SWIR de próxima generación.