I rilevatori a infrarossi svolgono un ruolo chiave nella ricognizione militare, nel telerilevamento, nelle comunicazioni, nella guida di precisione, nell'aerospaziale e in altri campi e hanno ricevuto attenzione a lungo termine da paesi di tutto il mondo, con importanti valori di ricerca e prospettive applicative. L'integrazione della struttura micro-nano e del tradizionale rivelatore a semiconduttore può migliorare efficacemente l'efficienza di accoppiamento dei fotoni e il percorso ottico equivalente, superare il limite di assorbimento dei materiali sfusi tradizionali, migliorare l'efficienza quantistica dei dispositivi optoelettronici e ridurre la corrente oscura del dispositivo, che è un candidato promettente per i rivelatori a infrarossi ad alte prestazioni. La ricerca fornisce nuovi mezzi tecnici. L'introduzione dell'accoppiamento ottico ad alta efficienza e degli effetti locali del campo ottico sub-lunghezza d'onda utilizzando strutture micro-nano, combinata con l'ottimizzazione del livello di energia dei tradizionali dispositivi a semiconduttore e altri metodi di controllo per migliorare le prestazioni complessive dei rivelatori, è diventata un campo attivo e promettente dei rivelatori a infrarossi. direzione della ricerca.
Secondo Memes Consulting, recentemente, il gruppo di ricerca del ricercatore Shi Haofei del Micro-Nano Manufacturing and System Integration Center del Chongqing Institute of Green Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences ha pubblicato un "Micro-Nano Structure Enhanced Infrared Detector" sulla rivista "Infrared and Laser Engineering". Un articolo di revisione sul tema "Progresso della ricerca". Il ricercatore Shi Haofei è principalmente impegnato nella ricerca della preparazione del materiale di grafene, della tecnologia di elaborazione micro-nano, dei dispositivi di rilevamento a infrarossi e così via.
Questo studio riassume la ricerca su vari tipi di rivelatori a infrarossi potenziati da micro-nanostrutture negli ultimi anni. In primo luogo, viene introdotto il principio di base del rivelatore a infrarossi potenziato con struttura micro-nano e la classificazione e il confronto vengono effettuati in base ai diversi materiali e funzioni della struttura micro-nano. Viene esposto il progresso della ricerca della struttura micro-nano nei rivelatori a infrarossi; infine, viene riassunta e prospettata la tendenza allo sviluppo di rivelatori a infrarossi potenziati basati sulla struttura micro-nano.
Rivelatore a infrarossi a base di silicio con struttura a matrice di microfori
Nel campo dei rivelatori a infrarossi, la struttura micro-nano viene utilizzata per migliorare l'efficienza di accoppiamento e il tasso di assorbimento dei fotoni e, pur mantenendo la risposta ottica del dispositivo, lo spessore e il volume dello strato di assorbimento del dispositivo vengono ridotti, riducendo così la corrente scura del dispositivo e migliorando il tasso di rilevamento del dispositivo. Allo stato attuale, le micro-nano strutture utilizzate nella ricerca di rivelatori a infrarossi includono principalmente: micro-nano strutture di tipo medio, micro-nano strutture di tipo metallico di superficie e micro-nano strutture tridimensionali di tipo cavità plasmonica. Questo è il miglioramento delle prestazioni dei rivelatori a infrarossi da parte della microstruttura, che si riflette per la prima volta nell'effetto antiriflesso su uno specifico spettro incidente o su una banda ad ampio spettro. Il sostanziale aumento del tasso di assorbimento della luce del rilevatore significa che è possibile utilizzare materiali dello strato di assorbimento più sottili e la struttura micro-nano stessa può ridurre efficacemente il volume dell'unità fotosensibile del dispositivo, il che rende significativamente ridotta la corrente oscura intrinseca del dispositivo correlata al volume del materiale. , in modo da migliorare ulteriormente la velocità di rilevamento e le prestazioni complete dei rivelatori a infrarossi.
L'uso di micro-nano strutture per ottenere una regolazione multidimensionale delle proprietà fotoelettriche dei rivelatori a infrarossi e la sua ricerca sui meccanismi è la frontiera dell'attuale ricerca sui rivelatori a infrarossi, ed è anche una direzione importante per lo sviluppo di una nuova generazione di rivelatori a infrarossi in futuro. I dispositivi di rilevamento a infrarossi a micro-nano struttura devono ancora affrontare difficoltà e sfide come la compatibilità dei processi, le prestazioni sovversive e la capacità di auto-adattività da migliorare. I dispositivi di rilevamento a infrarossi potenziati con struttura micro-nano devono concentrarsi sulle seguenti direzioni di ricerca nello sviluppo futuro: (1) Metodo di progettazione della struttura del dispositivo di rilevamento della microstruttura compatibile con CMOS e tecnologia di elaborazione; (2) Allo stesso tempo, ha banda larga, alta sensibilità e basso rumore. Tecnologia di rilevamento a infrarossi a struttura micro-nano con proprietà complete come alta velocità di risposta e alta velocità di risposta; (3) Dispositivi adattivi con capacità di controllo dinamico come lo spettro di risposta. Con lo studio approfondito di nuovi materiali, nuove strutture e nuovi meccanismi di rivelatori in futuro e il continuo progresso della tecnologia di integrazione dei sistemi, i rivelatori a infrarossi potenziati con struttura micro-nano mostreranno un grande potenziale di applicazione, fornendo alta integrazione, alte prestazioni e sistemi di rilevamento a infrarossi a basso costo offrono nuove soluzioni.
Il primo autore di questo articolo è Zhu Peng, un assistente ricercatore presso il Center for Micro-Nano Manufacturing and System Integration, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences. È principalmente impegnato nella ricerca di dispositivi ottici micro-nano, nella preparazione di materiali bidimensionali e nello sviluppo di nuovi dispositivi di rilevamento a infrarossi.
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