光电二极管是图像传感器的核心组件，在很多应用中不可或缺。硅是制造这些组件的首选材料，但硅在近红外波段的灵敏度一直不足。因此，开发人员不得不使用其它昂贵且可能对环境有害的材料。
据麦姆斯咨询报道，德国弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）正在开发一种具有高灵敏度的硅基光电二极管。由德国联邦教育和研究部资助的为期三年的MesSi项目，将利用56.6万欧元的资金为图像传感器制造提供一种更具成本效益的路线。
Fraunhofer IPMS的研究人员正在开发对近红外波段敏感的硅基光电二极管，进而以更具成本效益的方式为自动驾驶、安全、医疗和化学成像以及光谱学等应用制造图像传感器。
目前，可见光波段的光电二极管几乎都是用硅制造的。由于这种材料在半导体行业很普遍，因此可以轻松且经济高效地大规模生产。在近红外波段，由于硅对这部分光谱的敏感性较低，因此必须引入铟镓砷（InGaAs）等材料。但问题是，InGaAs与硅半导体技术并不兼容。
由于需要专用生产基础设施，所以生产成本很高。此外，砷等重金属在其制造过程中是必需的，这与当前努力减少环境影响的微电子生产方向不一致。
新型硅基光电二极管，结合高成本效益的生产和精确的灵敏度
为了满足更低生产成本和更低环境影响的需求，Fraunhofer IPMS的研究人员正在努力提高硅基光电二极管对近红外波段的灵敏度。
圆形金字塔结构的扫描电子显微镜图像
“这项创新基于我们在光电二极管中实施的新结构。”Fraunhofer IPMS的项目协调员Michael Müller介绍说，“我们采用新颖的圆形金字塔结构，而不是通常的平面器件形貌，其功能类似于一个光收集盆地。”
研究人员通过在肖特基势垒中采用非常薄的金属层，能够提高光电二极管的内量子效率，即光在半导体中产生的电荷载流子数量。Müller及其团队认为，这两项创新将显著提高器件的灵敏度，使硅能够用于近红外应用。
应用示例：在浓雾等存在视觉障碍的情况下，近红外硅基光电二极管将成为安全自动驾驶的高成本效益解决方案
如果成功，该项目有望实现近红外波段的一系列新应用，特别是对价格敏感的大批量市场，如自动驾驶，它们需要新型激光雷达传感器和能穿透浓雾的相机进行环境监测，其它潜在应用包括安全技术、化学和医学成像、光谱学和高光谱成像等。
延伸阅读：
《新兴图像传感器技术及市场-2024版》
《光谱成像市场和趋势-2022版》
