高速光敏設備及相關方法技術

本發明專利技術提供一種高速光電子設備及相關方法。在一個方面，例如，高速光電子設備可以包括具有入射光表面的硅材料、在硅材料中形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區以及耦合到該硅材料并定位成與電磁輻射相互作用的紋理區。對于具有從大約800nm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，該光電子設備具有從大約1皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.4A/W的靈敏度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】優先權數據本申請要求2010年6月18日提交的美國臨時專利申請序列號61/356，536的權益，其內容以參考方式合并于此。
技術介紹
許多成像應用例如免手持姿態控制、視頻游戲、醫療和機器視覺以及通信應用使用各種光電子設備，例如光電探測器和光電探測器的成像陣列。通信應用通常使用例如光纖網絡，因為這種網絡在光纖經歷較低的信號損失的近紅外波長的光中效果良好。激光標記和距離測定的應用一般使用具有近紅外波長例如1064nm的激光。其他應用例如深度感知應用使用能夠檢測近紅外波長例如850nm或940nm的成像器。這些波長一般由用砷化鎵(GaAs)制造的發光二極管或激光二極管生成。所有這些應用都要求探測器或探測器陣列具有快速響應時間，一般比利用厚的(例如，大于100 μ m)硅有源層可以實現的響應時間更快。因此，用于這些應用的硅設備通常是薄的，并且將具體設計考慮考慮在內以便降低響應時間。然而，隨著娃有源層變得更薄，在更長波長(例如，850nm、940nm和1064nm)下的響應比厚硅設備層的響應低得多。另一方面，在更長波長下具有更高響應的厚硅設備具有緩慢的響應時間并且難以耗盡。
技術實現思路
本專利技術提供高速光電子設備及相關方法。在一個方面，例如，高速光電子設備可以包括具有入射光表面的娃材料、在娃材料中形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區以及耦合到硅材料并被定位成與電磁輻射相互作用的紋理區。對于具有從大約SOOnm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，該光電子設備具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.4A/W的靈敏度。在另一方面,對于具有從大約800nm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，該光電子設備具有大于或等于大約0.5A/W的靈敏度。在另一方面，對于具有大約850nm的波長的電磁福射,該光電子設備具有大于或等于大約0.45A/W的靈敏度。在進一步的方面，該硅材料具有從大約I μ m到大約100 μ m的厚度。在更進一步的方面，在工作期間該設備的暗電流是從大約ΙΟΟρΑ/cm2到大約10nA/cm2。在另一個方面,一種高速光電子設備可以包括具有入射光表面的娃材料、在娃材料中形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區以及稱合到娃材料并被定位成與電磁福射相互作用的紋理區。對于具有大約940nm的波長的電磁輻射，該光電子設備具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.3A/W的靈敏度。在另一個方面,一種高速光電子設備可以包括具有入射光表面的娃材料、在娃材料中形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區以及稱合到娃材料并被定位成與電磁福射相互作用的紋理區。對于具有大約1060nm的波長的電磁輻射，該光電子設備具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.05A/W的靈敏度。在另一個方面，一種光電二極管陣列可以包括具有入射光表面的娃材料，在娃材料中的至少兩個光電二極管，每個光電二極管包括形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區，以及耦合到硅材料并被定位成與電磁輻射相互作用的紋理區。對于具有從大約SOOnm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，該光電二極管陣列具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.4A/W的靈敏度。在一個方面，該硅材料具有從大約Ium到大約100 μ m的厚度。在另一個方面，一種提高光電子設備的速度的方法包括對硅材料中的至少兩個區進行摻雜以形成至少一個結，以及使得硅材料具有紋理結構，從而形成定位成與電磁輻射相互作用的紋理區。對于具有從大約800nm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，該光電子設備具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.4A/W的靈敏度。在一個方面，該設備可以包括用于將載流子從與結相反的一側帶到結區的額外摻雜區。附圖說明圖1是根據本專利技術的一個方面與基于硅但是具有紋理區的光電探測設備的吸收特性相比較的基于標準硅的快速(或薄的)光電探測器設備的吸收特性的圖形表示；圖2是根據本專利技術的另一方面的光敏設備的示意圖；圖3是根據本專利技術的再一方面的光敏設備的示意圖；圖4是根據本專利技術的進一步方面的光敏設備的示意圖；圖5是根據本專利技術的更進一步方面的光敏設備的示意圖；圖6是根據本專利技術的另一方面的光敏設備的示意圖；圖7是根據本專利技術的再一方面的光敏設備的示意圖；圖8是根據本專利技術的進一步方面的光敏陣列設備的示意圖；圖9示出根據本專利技術的另一方面的渡越時間(time of flight)測量；圖1Oa是根據本專利技術的另一方面的光學成像器陣列的像素結構的示意圖；圖1Ob是根據本專利技術的另一方面的光學成像器陣列的像素結構的示意圖；圖1Oc是根據本專利技術的另一方面的光學成像器陣列的像素結構的示意圖；圖11是根據本專利技術的另一方面的六晶體管成像器的示意圖；圖12是根據本專利技術的另一方面的十一晶體管成像器的示意圖；圖13是根據本專利技術的更進一步方面的光敏陣列設備的示意圖；圖14是根據本專利技術的另一方面的光敏陣列設備的示意圖；以及圖15描述根據本專利技術的再一方面的提高光電子設備的速度的方法。具體實施例方式在本文中描述本專利技術之前，應該理解的是，本專利技術不限于特定的結構、處理步驟或本文中公開的材料，而是延伸至本領域普通技術人員將認識到的這些內容的等價物。還應當理解的是，本文中使用的術語僅僅是為了描述特定的實施例而非進行限制。定義將根據以下闡述的定義使用下面的術語。應當注意，如說明書和隨附權利要求中所用，單數形式“一個”和“該”可以包括復數個對象，除非上下文中以其他方式明確地指示。因此，例如，“一種摻雜劑”的指代內容可以包括一種或更多種此類摻雜劑，“該層”的指代內容可以包括指代一個或更多個此類層。如本文所用，“量子效率”(QE)被定義為入射到光電子設備上的光子被轉換成電子的百分比。外部量子效率(EQE)被定義為針對每一入射光子在設備外部獲得的電流。因此EQE同時取決于光子的吸收和電荷的米集。由于復合效應和光損耗(例如，傳輸損耗和反射損耗)，EQE比QE更低。如本文所用，“靈敏度”是探測器系統的輸入-輸出增益的度量。在光電探測器的情況中，靈敏度是每一光輸入的電輸出的度量。光電探測器的靈敏度用入射的輻射功率的每瓦特安培數表示。此外，靈敏度是入射輻射的波長和設備特性例如制造設備的材料的能帶隙的函數。等式I中示出靈敏度(I)的一個表達式，其中n是針對給定波長(λ)的探測器的外部量子效率，q是電子電荷，h是普朗克常量，以及V是光頻率。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.18 US 61/356,5361.一種高速光電子設備，其包含: 具有入射光表面的娃材料； 在所述硅材料中形成半導體結的第一摻雜區和第二摻雜區；以及 耦合到所述硅材料并定位成與電磁輻射相互作用的紋理區； 其中對于具有從大約800nm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，所述光電子設備具有從大約I皮秒到大約5納秒的響應時間和大于或等于大約0.4A/W的靈敏度。2.根據權利要求1所述的設備，其中所述硅材料具有從大約Iμ m到大約100 μ m的厚度。3.根據權利要求1所述的設備，其中對于具有從大約800nm到大約1200nm的至少一個波長的電磁輻射，所述光電子設備具有大于或等于大約0.5A/W的靈敏度。4.根據權利要求1所述的設備，其中對于具有大約850nm的波長的電磁福射，所述光電子設備具有大于或等于大約0.45A/W的靈敏度。5.根據權利要求1所述的設備，其中所述光電子設備具有從大約I皮秒到大約I納秒的響應時間。6.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一摻雜區具有從大約0.1 μ m2到大約32 μ m2的表面積。7.根據 權利要求1所述的設備，其中所述光電子設備具有大于或等于大約IGbs的數據速率。8.根據權利要求1所述的設備，其進一步包含第一接觸端和第二接觸端，其中所述第一接觸端的電壓極性與所述第二接觸端的電壓極性相反。9.根據權利要求8所述的設備，其中反向偏壓被施加在所述第一接觸端和所述第二接觸端之間。10.根據權利要求9所述的設備，其中所述反向偏壓是從大約0.0OlV到大約20V。11.根據權利要求8所述的設備，其中在使用過程中偏壓不被施加在所述第一接觸端和所述第二接觸端之間。12.根據權利要求1所述的設備，其中在工作期間所述設備的暗電流是從大約IOOpA/cm2 到大約 IOnA/Cm2013.根據權利要求1所述的設備，其中在工作期間所述設備的最大暗電流小于大約InA/cm2。14.根據權利要求1所述的設備，其中所述紋理區被定位在所述硅材料的與所述入射光表面相對的面上。15.—種高速光電子設備,其包含: 具有入射光表面的娃材料； 在所述硅材...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·凱里，D·米勒，
申請(專利權)人：西奧尼克斯公司，
類型：
國別省市：