用于CMOS集成红外成像的InAs合量子点光二极管堆
Abu Bakar Siddik1,2, Wenya Song1, Epimitheas Georgitzikis1
1IMEC, Kapeldreef 75, 3001 Leuven, Belgium.
ACS nano
|September 2, 2025
概括
这项研究介绍了一种新型的体InAs量子点光二极管,用于在1200nm的红外探测. 该设备实现了低暗电流,并使红外成像超出了CMOS传感器的能力.
科学领域:
- 材料科学
- 量子点技术
- 红外光探测器
背景情况:
- 无重金属的III-V半导体体量子点 (CQD),如InAs,对近波和短波红外探测具有前景.
- 目前的研究仅限于<1100 nm,因为合成,结形成和被动化具有较大的InAs CQD.
- 关于设备设计,暗电流机制和较大的InAs CQD中的陷分布的系统研究很少.
研究的目的:
- 开发和描述一种用于扩展红外探测 (1200 nm) 的新型薄膜PIN异质连接合体InAs光二极管.
- 在更大的 InAs CQD 中调查暗流机制和陷状态分布.
- 展示使用集成光二极管技术的红外成像潜力.
主要方法:
- 使用无形的氧化和铜化输送层的体InAs (1200 nm) 制造薄膜PIN异质连接光二极管.
- 设备性能的表征,包括温度依赖的电流-电压 (I-V) 测量和阻抗光谱.
- 暗电流机制,陷状态分布和特定检测能力的分析 (D*).
- 用于成像演示的光二极管与Si读出集成电路 (IC) 的单体集成.
主要成果:
- 达到了InAsCQD中报告的最低暗电流密度之一 (在-1V,298K时为4. 7μA/cm2),在220K时降至3. 6nA/cm2.
- 在InAs CQD层内使用阻抗光谱识别了主导的深陷状态 (≤0.4 eV).
- 在频率≥500Hz时,已证明的特定检测能力 (D*) 接近射击噪声限制的基线 (2.5 × 1011 Jones).
- 通过单体集成成功展示了超越CMOS传感器光谱范围的红外成像.
结论:
- 开发的InAs CQD光二极管在极低的暗电流下提供高性能红外探测.
- 了解陷状态分布对于优化光二极管性能和减轻噪声至关重要.
- 这项技术对先进的红外成像应用具有显著的前景,超越了当前的CMOS限制.
