¿Qué es InGaAs?
¿Qué es InGaAs?
El InGaAs emparejado en red se deposita en capas muy finas (varias capas atómicas) a la vez sobre un sustrato de InP. Se denomina emparejado en red porque con un 53 % de InAs y un 47 % de GaAs (es decir, In.53Ga.47As) tiene la misma separación atómica que InP, el material del sustrato sobre el que se deposita. Esta composición tiene una brecha energética de 0,75eV que permite la detección de luz de hasta 1,68 µm a 20C. Se pueden capturar longitudes de onda de luz más largas con aleaciones de InGaAs, pero se necesita más InAs en la mezcla. Cuando esto ocurre, ya no está emparejado en red. Si el material no está emparejado en red, lo que significa que los átomos ya no se alinean, entonces se producen defectos en el material. Estos defectos producen un ruido significativo, lo que dificulta la detección de la luz. PIRT está trabajando con nuestros socios en nuevas estructuras de materiales para minimizar la fuente de ruido, conocida en la industria como corriente oscura (es decir, el ruido producido cuando el material está sesgado en la oscuridad). Una corriente oscura más baja conduce a dispositivos más sensibles porque hay menos ruido, por lo que se pueden detectar cantidades más pequeñas de señal.
Sustratos de 4”
Princeton Infrared Technologies está usando sustratos InP de 4”, que permiten colocar más chips en oblea con mayor uniformidad. Estos son los mayores sustratos disponibles en el mercado. Esto, en combinación con un avanzado socio de fabricación de III-V, permite a PIRT producir imágenes de InGaAs de mayor calidad y a menor precio que la competencia. La moderna instalación de fabricación "fab" cuenta con un procesamiento de casete a casete, lo que minimiza el contacto humano con las obleas, aumentando así el rendimiento. Además de la tecnología avanzada, nuestro socio procesa más de 1000 obleas por mes de material que permite implementar el control estadístico del proceso. El control estadístico del proceso permite que el procesamiento de obleas sea consistente de una ejecución a otra, lo que aumenta el rendimiento y la calidad. La mayoría de las fábricas de infrarrojos no fabrican tantas obleas de InGaAs en un año, y mucho menos en un mes, lo que limita su control estadístico del proceso y su capacidad de obtener un alto rendimiento, que es una de las muchas razones por las que las matrices de detectores de InGaAs son tan costosas El PIRT también tiene la ventaja de no gestionar su propia fábrica, por lo que no hay grandes gastos generales que repercutan sobre el cliente.
Estructura avanzada del detector
El PIRT tiene una estructura de detector de InGaAs única, que permite un bajo ruido y la capacidad de obtener imágenes de 0,4 a 1,7 µm con una alta eficiencia cuántica. La eficiencia cuántica es la eficacia con la que el material convierte los fotones detectados en electrones que se pueden medir. Esta estructura de detector ha demostrado unas corrientes oscuras muy bajas que son competitivas con otras del sector que llevan años fabricando. Esta estructura única del detector permite un factor de llenado del 100 % en nuestros detectores, sin espacios muertos. El detector ha sido fabricado para minimizar el número de pasos de procesamiento, especialmente a temperaturas elevadas, para mantener la calidad del material.
Circuitos integrados de lectura digital
Las matrices de detectores de InGaAs son una combinación de material detector, que detecta la luz y convierte los fotones en pares electrón-hueco. El número de pares electrón-hueco se mide usando un circuito integrado de lectura (Read Out Integrated Circuit, ROIC). El ROIC, normalmente fabricado con Si CMOS, realiza un circuito completo con el material del detector que permite convertir la corriente del detector en una tensión y almacenarla. La combinación de ROIC y el material del detector forman una matriz de plano focal. Existen dos tipos de matrices de plano focal (focal plane arrays, FPA): bidimensionales y unidimensionales. Las bidimensionales son análogas a las imágenes de las cámaras de los teléfonos móviles, mientras que las unidimensionales son análogas a los detectores de los faxes: si se escanea algo bajo ellas, pueden producir una imagen bidimensional. Las matrices unidimensionales se usan en la visión artificial en las líneas de producción y en la espectroscopia, donde cada píxel detecta una longitud de onda de luz específica. El material del detector transforma la luz en corriente que podemos medir, pero el ROIC es la inteligencia detrás del detector y permite diversas aplicaciones. Diferentes ROIC permiten diferentes funciones.
Princeton Infrared Technologies implementa ROIC digitales de última generación. Estos ROIC tienen salidas de 13 a 14 bits y permiten circuitos de alta velocidad y bajo ruido que permiten velocidades de fotogramas rápidas con alta sensibilidad. PIRT utiliza ROIC que se diseñaron con nuestras especificaciones con casas de diseño externas que se especializan en el diseño avanzado de CMOS ROIC. El enfoque de PIRT es aprovechar muchos de los avances y beneficios que ocurren en el mundo de las imágenes visibles en nuestros motores de imágenes infrarrojas. Princeton Infrared Technologies también usará circuitos ROIC comerciales para cumplir con aplicaciones específicas. Trabajamos con nuestro cliente para satisfacer sus necesidades de aplicación y eso podría tomar la forma de diseñar un nuevo circuito o comprar un circuito estándar e integrarlo con nuestros detectores.
Hibridación avanzada
Para formar una matriz de plano focal, cada detector debe conectarse a su circuito asociado en la ROIC. ¡En una matriz de 1280x1024 que tiene más de 1,3 millones de conexiones! Para ser agradable a la vista, >99,5 % de esas conexiones deben ser completamente operables. En las matrices lineales, la conexión entre el ROIC y el detector de InGaAs se realiza generalmente con uniones de cables. Aquí es donde se conecta un cable dorado muy delgado al detector y al ROIC. En las matrices bidimensionales se hace con protuberancias de indio. Estas son columnas de indio que se colocan tanto en el detector como en el ROIC. En este proceso, cada detector y chip ROIC se alinean cuidadosamente en x, y y z, así como también se inclinan y se presionan individualmente con calor y presión. El indio se utiliza porque muchos materiales infrarrojos se enfrían y el indio permite las diferencias de expansión térmica de los dos materiales.
PIRT cree que se necesitan nuevos procesos IC 3D más avanzados para reducir los costos y mejorar el rendimiento de los generadores de imágenes SWIR. PIRT está trabajando en la hibridación 3D de oblea a oblea de sus detectores a ROIC. Esto tiene muchas ventajas en términos de procesamiento, podemos posprocesar todos los dispositivos simultáneamente para reducir costos y mejorar el rendimiento y la uniformidad. Esta técnica también conducirá a dispositivos de menor paso y menor costo para una resolución dada.
Embalaje y electrónica
Princeton Infrared Technologies, Inc. trabaja con nuestros clientes para diseñar y construir el empaque y la electrónica necesarios para adaptarse a la aplicación. PIRT se centra en paquetes de bajo costo. Estudiaremos la posibilidad de usar ventanas de vidrio frente a las de zafiro y envases de cerámica y plástico frente a los envases de kovar y metal de alta gama. PIRT vende los detectores con paquetes integrados con enfriadores termoeléctricos (thermoelectric coolers, TEC), así como con troquel desnudo. Trabajamos con nuestros clientes para satisfacer sus necesidades y no para venderles un valor añadido.
PIRT trabaja con varias casas de electrónica para proporcionar la electrónica de apoyo para el funcionamiento de las matrices. IRcameras proporciona una electrónica comercial de matriz de imágenes que funciona con nuestras matrices bidimensionales de plano focal. Vendemos el sistema de cámara completo y también vendemos la matriz de plano focal por sí sola.