新型硅基近红外光电二极管，具有高灵敏度和成本效益
2024-07-07 23:44:48 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
德国弗劳恩霍夫光子微系统研究所正在开发一种具有高灵敏度的硅基光电二极管，其结合了高成本效益的生产和精确的灵敏度。
光电二极管是图像传感器的核心组件，在很多应用中不可或缺。硅是制造这些组件的首选材料，但硅在近红外波段的灵敏度一直不足。因此，开发人员不得不使用其它昂贵且可能对环境有害的材料。
据麦姆斯咨询报道，德国弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）正在开发一种具有高灵敏度的硅基光电二极管。由德国联邦教育和研究部资助的为期三年的MesSi项目，将利用56.6万欧元的资金为图像传感器制造提供一种更具成本效益的路线。
Fraunhofer IPMS的研究人员正在开发对近红外波段敏感的硅基光电二极管，进而以更具成本效益的方式为自动驾驶、安全、医疗和化学成像以及光谱学等应用制造图像传感器。
目前，可见光波段的光电二极管几乎都是用硅制造的。由于这种材料在半导体行业很普遍，因此可以轻松且经济高效地大规模生产。在近红外波段，由于硅对这部分光谱的敏感性较低，因此必须引入铟镓砷（InGaAs）等材料。但问题是，InGaAs与硅半导体技术并不兼容。
由于需要专用生产基础设施，所以生产成本很高。此外，砷等重金属在其制造过程中是必需的，这与当前努力减少环境影响的微电子生产方向不一致。
新型硅基光电二极管，结合高成本效益的生产和精确的灵敏度
为了满足更低生产成本和更低环境影响的需求，Fraunhofer IPMS的研究人员正在努力提高硅基光电二极管对近红外波段的灵敏度。
圆形金字塔结构的扫描电子显微镜图像
“这项创新基于我们在光电二极管中实施的新结构。”Fraunhofer IPMS的项目协调员Michael Müller介绍说，“我们采用新颖的圆形金字塔结构，而不是通常的平面器件形貌，其功能类似于一个光收集盆地。”
研究人员通过在肖特基势垒中采用非常薄的金属层，能够提高光电二极管的内量子效率，即光在半导体中产生的电荷载流子数量。Müller及其团队认为，这两项创新将显著提高器件的灵敏度，使硅能够用于近红外应用。
应用示例：在浓雾等存在视觉障碍的情况下，近红外硅基光电二极管将成为安全自动驾驶的高成本效益解决方案
如果成功，该项目有望实现近红外波段的一系列新应用，特别是对价格敏感的大批量市场，如自动驾驶，它们需要新型激光雷达传感器和能穿透浓雾的相机进行环境监测，其它潜在应用包括安全技术、化学和医学成像、光谱学和高光谱成像等。
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