ブラックシリコンフォトダイオード

200nmから950nmの広い波長範囲において非常に高い感度を持つフォトダイオード

ElFys社のブラックシリコンフォトダイオードは、原子層堆積（ALD）コーティングを組み合わせた表面ナノ構造技術により集光性を高めた、広い波長範囲において高感度に光を検出できるフォトダイオードです。
波長範囲200nmから950nmにおいて96％以上の外部量子効率を持ちます。特に紫外域（UV）においては非常に高い感度を持ち、一般的なpn結合のフォトダイオードの約2倍光応答性が優れています。

※注：本製品の最小発注単位は2個になります。

ブラックシリコンフォトダイオード

ブラックシリコンは、シリコンの表面に原子層堆積コーティングと表面ナノ構造化技術を用いて凹凸を作成したもので、通常のシリコンよりも表面積が広くなり光の吸収率が高くなります。
ElFys社ではこのブラックシリコンを用いたフォトダイオードを開発することで、一般的なフォトダイオードよりも広い波長帯域と高い感度（応答性）を実現しました。

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カタログ

製品の特徴

広い波長範囲（200 nm~950 nm）での理想的な光応答
96％以上の外部量子効率
最大70度の入射角の光を収集可能

製品情報

仕様アプリケーション技術情報 PDF資料
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仕様

Max Bias Voltage = 20V のラインアップ

Detector		PD4sM	PD25sM	PD25sH	PD100sM	PD100sH
Max Bias Voltage [V]		20
Photosensitive area [mm2]		4	25	25	100	100
Max Dark current [pA] @ -10 mV		10	20	450	40	1000
Capacitance [pF] @ 0 V, 100 kHz		65	370	110	1200	340
Responsivity [A/W]	@ 200 nm	0.2
	@ 630 nm	0.5
	@ 930 nm	0.73	0.73	0.74	0.73	0.74
Packaging options	Chip	Yes
	Substrate	Customized
	TO can	TO-46	TO-8	TO-8	N/A	N/A

Max Bias Voltage = 100V のラインアップ

Detector		PD5sMG	PD5sHG	PD25sMG	PD25sHG	PD100sMG	PD100sHG
Max Bias Voltage [V]		100
Photosensitive area [mm2]		5	5	25	25	100	100
Max Dark current [pA] @ -10 mV		10	160	20	450	40	1000
Capacitance [pF] @ 0 V, 100 kHz		100	30	370	110	1200	340
Responsivity [A/W]	@ 200 nm	0.2
	@ 630 nm	0.5
	@ 930 nm	0.73	0.74	0.73	0.74	0.73	0.74
Packaging options	Chip	Yes
	Substrate	Customized
	TO can	Customized	Customized	Customized	Customized	N/A	N/A

アプリケーション

技術情報

紫外域の光応答特性(一般的なpn接合フォトダイオードの2倍）

100％EQE(外部量子効率)に対応する理想的な光応答を黒の点線、ElFys社のフォトダイオードの光応答を青線で示しました。
これから、紫外光で100％EQEを超える優れた量子効率が得られていることがわかります。
これは、ブラックシリコンの表面の構造により、フォトダイオードの上面近くで生成された信号電荷の収集効率が大幅に向上したことによる効果です。
また、ブラックシリコンフォトダイオードの240nmの波長における光応答は、一般的なpn接合シリコンのフォトダイオードの特性（黒線、灰線）と比較して、約2倍です。

検知角度（ >95%@60℃の極めて高い吸収度）

カスタマイズした原子層蒸着コーティング層と組み合わせることで、広範囲の検出角度で表面吸収率を大幅に向上させました。
左図は、各入射各での波長毎の反射率です。10°～70°の幅広い角度で広い波長域を通して低い反射率になっていることがわかります。

外部認証

ElFys社のフォトディテクタの性能は、以下によって認定されています。

Physikalisch-Technische Bundesanstalt（ドイツ国立計量研究所）
MIKES（フィンランド国立計量研究所）

論文

2016 (1)

インデュースド接合広帯域ブラックシリコンフォトダイオードの量子効率
Nature Photonics、10（12）、777-781
Near-unity quantum efficiency of broadband black silicon photodiodes with an induced junction
(M. A. Juntunen, J. Heinonen, V. Vahanissi, P. Repo, D. Valluru, and H. Savin)

2017 (1)

UV光検出のためのN型接合ブラックシリコンフォトダイオード
Proc. SPIE 10249, Integrated Photonics: Materials, Devices, and Applications IV, 102490I
N-type Induced junction Black Silicon photodiode for UV detection
(M. A. Juntunen, J. Heinonen, H. S. Laine, V. Vahanissi, P. Repo, A. Vaskuri and H. Savin)

2020 (5)

ブラックシリコン紫外線フォトダイオードが130％を超える外部量子効率を達成
Physical Review Letters、777-781
Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%
(M. Garin, J. Heinonen, L. Werner, T.P. Pasanen, V. Vahanissi, A. Haarahiltunen, M. Juntunen and H. Savin)
VUV波長におけるブラックシリコンダイオードの量子効率
Optics Express
Quantum efficiency of black silicon photodiodes at VUV wavelengths
(T. Tsang, A. Bolotnikov, A. Haarahiltunen, J. Heinonen)
ブラックシリコンの電界効果モデリングとそれによるデバイス性能への影響
IEEE Transactions on Electron Devices, 67 (4), 1645-1652
Modeling Field Effect in Black Silicon and Its Impact on Device Performance
(J. Heinonen, T. P. Pasanen, V. Vahanissi, M. A. Juntunen, Hele Savin)
陽子・電子放射によるブラックシリコンフォトダイオードへの放射耐性の結果
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 977, 164294
Results on radiation hardness of black silicon induced junction photodetectors from proton and electron radiation
(J. Heinonen, C. Modanese, A. Haarahiltunen, H. Kettunen, M. Rossi, J. Jaatinen, M. A. Juntunen)
ブラックシリコンを用いた高感度近赤外フォトダイオード
Proceedings Volume 11276, Optical Components and Materials XVII; 112760G
High-sensitivity NIR photodiodes using black silicon
(J. Heinonen, A. Haarahiltunen, M. Dov Serue, V. Vahanissi, T. P. Pasanen, H. Savin, L. Werner, M. A. Juntunen)