CMOS görüntü sensörlerinin yakın kızılötesi bölge hassasiyetinin geliştirilmesi

Silisyum tabanlı CMOS görüntü sensörleri, yakın kızılötesi (NIR) bölgede düşük soğurma katsayısına sahip olduğundan kuantum verimliliği sınırlı kalmakta ve biyomedikal görüntüleme, LiDAR, güvenlik, otonom sürüş ve makine görüşü gibi geniş spektral duyarlılık gerektiren uygulamalarda yetersiz performans göstermektedir. Bu tez, bu sınırlamayı aşmak amacıyla alt dalga boyu ışık tuzaklama, optik sınırlandırma, foton geri kazanımı ve hibrit malzeme entegrasyonuna dayanan dört CMOS-uyumlu piksel mimarisi önermektedir. Tüm yapılar üç boyutlu Finite-Difference Time-Domain (FDTD) yöntemiyle modellenmiş ve 3 µm kalınlığında fotodiyot içeren 2 × 2 µm Bayer desenli bir birim hücre kullanılmıştır. Optik verimlilik (OE) 400–1100 nm aralığında hesaplanmış, soğurma ve ışık hapsi davranışları güç ve alan yoğunluğu monitörleriyle analiz edilmiştir. Önerilen dört yapı; yarımküresel foton tuzaklama, Si–GaAs hibrit fotodiyodlar, metal dolgulu DTI ile ters piramit yüzey tekstürleri ve yansıtıcı altlıklarla bütünleşik SiO2 tabanlı fotonik geometriler gibi tamamlayıcı iyileştirme mekanizmaları sunmaktadır. Sonuçlar, tüm yapıların referans arka aydınlatmalı (BSI) piksele kıyasla NIR bölgesinde belirgin iyileşme sağladığını göstermektedir. En yüksek performanslı yapı, 1100 nm'de 0.824 OE değerine ulaşarak yaklaşık %285 artış sunmaktadır. Bulgular, geometrik ve hibrit malzeme tabanlı stratejilerin silisyumun NIR bölgesindeki doğal sınırlamalarını etkili şekilde aşabildiğini doğrulamakta ve yeni nesil geniş bant CMOS görüntü sensörleri için sağlam bir temel oluşturmaktadır.