極小尺寸之光偵測器元件量測結果

前面量測結果，以驗證此金屬孔洞陣列和蕭特基二極體，可製作出良好的光 偵測器，如前面章節所敘述之光電元件成果。在感光元件中，若單一單元，即單 一像素的尺寸能縮小，則能有更高的解析度，而前面章節中，從光學模擬可以見 到，當金屬孔洞週期陣列之單一單元尺寸縮小至 3.4 μm×3.4 μm ，仍可以有良好 的分光效果，而可以做為濾波片之用，因此在此希冀透過實際元件製作，將原本 邊長為 0.1 cm 之元件大小縮小尺寸至邊長為 50 μm 和 10 μm，驗證在極小尺寸的 單一像素，此光偵測器實際工作情形，是否能有良好的分光效果，如圖 3-37 所示。

在此將單一像素之尺寸縮小，然為避免光源強度分布不均，影響量測結果，

在此將多個像素以陣式形式排列，如圖 3-38 所示，每一個像素，皆可作一個接收 光而後分光產生光電流的感光元件之像素，以此單位像素排列成陣列形式，彼此 間隔甚遠，因此當光入射此元件的像素陣列時，所量測而得的光電流值，即為陣 列中每一個像素所得之電訊號所加總之值，藉此驗證此孔洞週期陣列，在單一像 素面積縮小時，仍能有良好的選光效果，且為良好的光偵測器。

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圖 3-37 邊長為 10 μm 和 50 μm 單一像素示意圖

圖 3-38 縮小尺寸像素陣列之示意圖

在此為求每一元件之統一規格，因此雖然所設計之不同尺寸之單一像素 其尺寸有不同，但藉由調控單一像素邊長和像素間週期之比例，可使在總體 週期孔洞陣列之單元，所占面積相等，且其陣列大小皆為4000 μm×4000 μm。

10μm, 50μm

10μm , 50μm

40μm , 200μm

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圖 3-39 像素陣列之單一像素 50 μm×50 μm 和 10 μm X10 μm 之 SEM 圖 製作完成之元件之單一像素，如圖 3-39 單一像素，此設計之單一像素有邊長 50 μm 和 10 μm 兩種尺寸，且為陣列型式，總面積皆為 4000 μm×4000 μm，而孔 洞週期陣列所佔之面積皆為 1000 μm×1000 μm。

以氙燈透過單色分光器，在可見光波段，以不同波長的光 (350 nm~750 nm ) 逐次照射此小尺寸單元陣列之元件，進行全波段光電流的量測，而後計算其全波 段之外部量子轉換效率，而得圖 3-40 和圖 3-41。

400 500 600 700

0 5 10 15 20 25 30

EQE(%)

Wavelength (nm)

H022P044 H028P056 H03P06

圖 3-40 50 μm ×50 μm 像素陣列總體光偵測器外部量子效應圖

50μm 10μm

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400 500 600 700

0

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表 3-8 單一像素大小對應市售相機感光元件所得像素數目 Type Digital camera Sensor Area( mm ) Pixel Pitch ( μm ) Pixel

35 mm 36X24 10 648,0000

APS-C 22X15 10 247,0000

4/3" 17X13 10 165,0000

由此表可得，在本研究中所製作之10 μm ×10 μm 極小元件可以作為單一像素，

而此像素大小，換算在市售感光元件面積中的像素數目，其已可符合現今相機之 需求，相信透過製程的控制與最佳化，可以將單一單元之像素大小再做縮小，而 朝高像素、高解析度之光感測器邁進。

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