韩国的研究人员实现了砷化铟镓(InGaAs)光电二极管(PD)和绝缘体上硅(SOI)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的单片集成。
研究人员发现,与最近在使用碳纳米管、过渡金属二卤化物等的装置上进行的实验室研究相比,由于InGaAs材料工艺知识的成熟,单片三维(M3D)工艺更具优势。
III-V材料不仅可以对可见光和短波长SWIR做出响应,而且可以使用基于Sb的材料和II型能带排列结构来响应非常长的波长区域。这工作是未来高分辨率多色成像仪实现的重要一步。此类设备可用于自动驾驶汽车、飞行时间感测和工业监控中。光电二极管/ MOSFET的组合应允许在图像信号处理器(ISP)层的顶部实施读出集成电路(ROIC),从而创建更紧凑的3D器件。
实验的过程是在室温下进行的,在350°C进行的类似处理不会导致性能下降。目前发现在漏极电流和亚阈值摆幅方面,9μm栅长MOSFET的性能几乎不受键合和光电二极管制造工艺的影响。
InGaAs光电二极管的正向/反向±1.5V偏置暗电流比为104。当用10.4μW1550nm激光照射时,该器件在反向偏置下显示出清晰的响应。785-980nm范围内的较短波长也显示出合理的线性响应,1500nm的响应更强(0.7A / W)。拟合幂律电流-功率关系也表明线性行为具有接近统一的指数。在1550nm的光照下,外部量子效率(EQE)为60%,没有抗反射涂层,其性能可与常规InGaAs光电二极管媲美。MOSFET-光电二极管组合被连接在一起,形成典型的ROIC配置,与SFD操作有关的-0.5V和-1.5V之间的负栅极电势对器件响应的影响很小。