Silizium ist im Allgemeinen ohne Modifikationen im Chip, wie z. B. eine tiefe Grabenisolierung, nicht sehr empfindlich gegenüber NIR. Dies bedeutet, dass in einigen Fällen alternative Materialien wie InGaAs oder Ge eingesetzt werden. Organische Halbleiter haben inzwischen hervorragende Ergebnisse mit 65 % EQE im NIR gezeigt. Silizium - selbst mit Modifikationen - hat Schwierigkeiten, dieses Leistungsniveau zu erreichen.
Silizium ist im Allgemeinen nicht sehr empfindlich für NIR. Es werden daher viele Ansätze entwickelt, um es für NIR empfindlich zu machen.
Ein solcher Ansatz besteht in der Entwicklung hybrider Sensoren, die aus organischen oder Quantenpunkten auf einem speziell entwickelten Si-CMOS-ROIC (Ausleseschaltung) bestehen.
Bei solchen Ansätzen ist die EQE in der Regel nicht hoch, sondern bewegt sich um die 20 %-Marke. Im Falle dieser Entwicklung, die von Raynergy Tek, einem taiwanesischen Unternehmen für fortschrittliche Materialien, das sich hauptsächlich auf organische Photodetektoren und organische Photovoltaik konzentriert, demonstriert wurde, hat der EQE bei 940 nm 65 % erreicht.
Der Aufbau der Vorrichtung ist unten dargestellt. Soweit ich weiß, handelt es sich dabei um Hero-Zellen, die auf einem Glassubstrat hergestellt wurden.
Sie sind noch weit entfernt von einem echten organischen CMOS-Hybrid-Imager mit einer Auflösung von VGA und mehr.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind noch viele Entwicklungen erforderlich, darunter die Entwicklung eines speziellen ROIC, die Entwicklung eines Verfahrens zum Gießen (oder anderweitigen Aufbringen) des gesamten OPD-Stapels auf das CMOS-ROIC, dessen Strukturierung ohne EQE-Verlust, die Gewährleistung der Stabilität usw.
Nichtsdestotrotz ist dies ein fantastischer Demonstrator, der das Potenzial aufzeigt.
In den folgenden Beiträgen werde ich andere Ansätze für NIR- und sogar SWIR-Sensoren diskutieren, angefangen bei Ansätzen, die vollständig auf Silizium basieren, bis hin zu hybriden QD- oder organischen CMOS-Ansätzen. Bei Gelegenheit werden wir auch einige Innovationen in der InGaAs-auf-Silizium-Technologie vorstellen, die die traditionellen Grenzen dieses Ansatzes überwinden, z. B. die große Pixelgröße von über 10 um.
Natürlich sollten wir hier betonen, dass diese organischen NIR-OPDs nicht notwendigerweise in einer hybriden CMOS-Struktur verwendet werden müssen. Sie können als eigenständige NIR-Sensoren oder sogar als großflächige Sensoren eingesetzt werden. Ergebnisse auf flexiblen Substraten oder in großflächigen Sensorformaten, einschließlich solcher mit aktiver Matrix, müssen jedoch noch bekannt gegeben werden.
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