CMOS統合赤外線画像のためのInAsコロイド量子ドット光ダイオードスタック

科学分野:

• 材料科学
• 量子ドット技術
• 赤外線光検出器

背景:

• InAsのような重金属フリーIII-V半導体コロイド量子ドット (CQD) は,近波および短波赤外線検出に有望である.
• 現在の研究は,合成,結合形成,およびより大きなInAs CQDによる受動化の課題のために<1100 nmに制限されています.
• 装置の設計,ダーク電流のメカニズム,およびより大きなInAs CQDにおけるトラップ分布に関する体系的な研究は希少である.

研究 の 目的:

• 拡張赤外線検出 (1200 nm) のための新しい薄膜PINヘテロ結合コロイド InAs光ダイオードの開発と特徴付け.
• 暗い電流のメカニズムとトラップ状態の分布を,より大きなInAs CQDで調査する.
• 統合光ダイオード技術を用いた赤外線画像の可能性を実証する.

主な方法:

• アモルフなインジウムガリウム亜鉛酸化物と銅 (I) ヨウ化物の輸送層を用いたコロイド InAs (1200 nm) を使用した薄膜PINヘテロ結合光電極の製造.
• 温度依存の電流-電圧 (I-V) 測定とインペダンススペクトルスコピーを含むデバイスの性能の特徴.
• ダーク電流のメカニズム,トラップ状態の分布,および特定の検出能力 (D*) の分析.
• 写真ダイオードとSi読み取り集積回路 (IC) の単体統合は,イメージングの実証のために.

主要な成果:

• InAs CQDで報告されている最も低い暗い電流密度 (−1 V,298 Kで4. 7 μA/cm2) の1つを達成し,220 Kで3. 6 nA/cm2に減少した.
• インアス CQD 層 (帯域の端下∼0.4 eV) の内にある支配的な深層トラップ状態をインペダンススペクトルで特定した.
• 射撃ノイズ限定ベースライン (2.5 × 1011 ジョーンズ) に近い特定の検出能力 (D*) を500Hz以上の周波数で示した.
• CMOSセンサーのスペクトル範囲を超えた赤外線画像を単体統合で成功裏に実証しました.

結論:

• 開発されたInAs CQDフォトダイオードは,非常に低いダーク電流で1200nmまでの赤外線検出に優れた性能を提供します.
• トラップ状態の分布を理解することは,光ダイオードの性能を最適化し,ノイズを軽減するために不可欠です.
• この技術は,現在のCMOSの限界を超えて,先進的な赤外線画像アプリケーションに重要な希望を持っています.