Les détecteurs infrarouges jouent un rôle clé dans la reconnaissance militaire, la télédétection, les communications, le guidage de précision, l’aérospatiale et d’autres domaines, et ont reçu une attention à long terme de la part de pays du monde entier, avec une valeur de recherche et des perspectives d’application importantes. L’intégration de la micro-nanostructure et du détecteur à semi-conducteurs traditionnel peut améliorer efficacement l’efficacité du couplage des photons et le chemin optique équivalent, dépasser la limite d’absorption des matériaux en vrac traditionnels, améliorer l’efficacité quantique des dispositifs optoélectroniques et réduire le courant sombre du dispositif, ce qui est un candidat prometteur pour les détecteurs infrarouges haute performance. La recherche fournit de nouveaux moyens techniques. L’introduction d’un couplage optique à haut rendement et d’effets locaux de champ optique sous-longueur d’onde à l’aide de microstructures nanométriques, combinée à l’optimisation du niveau d’énergie des dispositifs semi-conducteurs traditionnels et à d’autres méthodes de contrôle pour améliorer les performances globales des détecteurs, est devenue un domaine actif et prometteur des détecteurs infrarouges. l’orientation de la recherche.
Selon Memes Consulting, récemment, le groupe de recherche du chercheur Shi Haofei du Micro-Nano Manufacturing and System Integration Center de l’Institut de technologie intelligente verte de Chongqing, Académie chinoise des sciences, a publié un « Micro-Nano Structure Enhanced Infrared Detector » dans la revue « Infrared and Laser Engineering ». Un article de synthèse sur le thème « Progrès de la recherche ». Le chercheur Shi Haofei est principalement engagé dans la recherche sur la préparation de matériaux en graphène, la technologie de traitement micro-nano, les dispositifs de détection infrarouge, etc.
Cette étude résume les recherches sur divers types de détecteurs infrarouges améliorés par micro-nanostructure au cours des dernières années. Tout d’abord, le principe de base du détecteur infrarouge amélioré avec structure micro-nano est introduit, et la classification et la comparaison sont faites en fonction des différents matériaux et fonctions de la structure micro-nano. Les progrès de la recherche sur la micro-nanostructure dans les détecteurs infrarouges sont exposés; enfin, la tendance de développement de détecteurs infrarouges améliorés basés sur une structure micro-nano est résumée et prospectée.
Détecteur infrarouge à base de silicium avec structure de réseau de micro-trous
Dans le domaine des détecteurs infrarouges, la structure micro-nano est utilisée pour améliorer l’efficacité du couplage et le taux d’absorption des photons, et tout en maintenant la réponse optique de l’appareil, l’épaisseur et le volume de la couche d’absorption de l’appareil sont réduits, réduisant ainsi le courant sombre de l’appareil et améliorant le taux de détection de l’appareil. À l’heure actuelle, les micro-nanostructures utilisées dans la recherche sur les détecteurs infrarouges comprennent principalement: les micro-nanostructures de type moyen, les micro-nanostructures de type métal de surface et les micro-nanostructures tridimensionnelles de type cavité plasmonique. Il s’agit de l’amélioration des performances des détecteurs infrarouges par la microstructure, qui se reflète d’abord dans l’effet antireflet sur un spectre incident spécifique ou une bande de large spectre. L’augmentation substantielle du taux d’absorption de la lumière du détecteur signifie que des matériaux de couche d’absorption plus minces peuvent être utilisés, et la structure micro-nano elle-même peut réduire efficacement le volume de l’unité photosensible de l’appareil, ce qui réduit considérablement le courant d’obscurité intrinsèque de l’appareil lié au volume de matériau. , afin d’améliorer encore le taux de détection et les performances complètes des détecteurs infrarouges.
L’utilisation de micro-nanostructures pour obtenir une régulation multidimensionnelle des propriétés photoélectriques des détecteurs infrarouges et de sa recherche sur les mécanismes est la frontière de la recherche actuelle sur les détecteurs infrarouges, et c’est également une direction importante pour le développement d’une nouvelle génération de détecteurs infrarouges à l’avenir. Les dispositifs de détection infrarouge à micro-nanostructure sont toujours confrontés à des difficultés et à des défis tels que la compatibilité des processus, les performances subversives et la capacité d’auto-adaptation à améliorer. Les dispositifs de détection infrarouge améliorés par micro-nanostructure doivent se concentrer sur les orientations de recherche suivantes dans le développement futur: (1) méthode de conception de structure de dispositif de détection de microstructure compatible CMOS et technologie de traitement; (2) Dans le même temps, il a un haut débit, une sensibilité élevée et un faible bruit. Technologie de détection infrarouge de micro-nanostructure avec des propriétés complètes telles qu’une vitesse de réponse élevée et une vitesse de réponse élevée; (3) Dispositifs adaptatifs dotés de capacités de contrôle dynamique telles que le spectre de réponse. Avec l’étude approfondie de nouveaux matériaux, de nouvelles structures et de nouveaux mécanismes de détecteurs à l’avenir et les progrès continus de la technologie d’intégration de systèmes, les détecteurs infrarouges à structure micro-nano améliorée montreront un grand potentiel d’application, offrant une intégration élevée, des performances élevées et des systèmes de détection infrarouge à faible coût offrent de nouvelles solutions.
Le premier auteur de cet article est Zhu Peng, chercheur adjoint au Center for Micro-Nano Manufacturing and System Integration, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Académie chinoise des sciences. Il est principalement engagé dans la recherche de dispositifs micro-nano-optiques, la préparation de matériaux bidimensionnels et le développement de nouveaux dispositifs de détection infrarouge.
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