Új technológiájavékony szilícium -fotodetektor
A fotonfogási struktúrákat a fény felszívódásának fokozására használják a vékonybanszilícium fotodetektorok
A fotonikus rendszerek sok feltörekvő alkalmazásban gyorsan vonzódnak, ideértve az optikai kommunikációt, a LIDAR -érzékelést és az orvosi képalkotást. A fotonika széles körű elfogadása a jövőbeli mérnöki megoldásokban azonban a gyártás költségeitől függfotodetektorok, ami viszont nagymértékben függ az erre a célra használt félvezető típusától.
Hagyományosan, a szilícium (SI) volt a mindenütt jelenlévő félvezető az elektronikai iparban, annyira, hogy a legtöbb iparág az anyag körül érett. Sajnos az SI viszonylag gyenge fényelnyelési együtthatóval rendelkezik a közeli infravörös (NIR) spektrumban, mint más félvezetők, például a gallium -arzenid (GAAS). Emiatt a GAA-k és a kapcsolódó ötvözetek virágzik a fotonikus alkalmazásokban, de nem kompatibilisek a hagyományos komplementer fém-oxid félvezető (CMOS) folyamatokkal, amelyeket a legtöbb elektronika előállításához használnak. Ez a gyártási költségek hirtelen növekedéséhez vezetett.
A kutatók kidolgozták a módját, hogy a szilíciumban jelentősen javítsák a közeli infravörös abszorpciót, ami a nagy teljesítményű fotonikus eszközök költségcsökkentéséhez vezethet, és az UC Davis kutatócsoportja új stratégiát úttörődik a szilícium-vékony filmekben a fényelnyelés jelentős javítása érdekében. Az Advanced Photonics Nexus legújabb tanulmányában először mutatják be egy szilícium-alapú fotodetektor kísérleti demonstrációját, amely könnyű mikro-és nanofelszíni struktúrákkal rendelkezik, és példátlan teljesítményjavításokat érhet el, amelyek összehasonlíthatók a GAA-kkal és más III-V csoportos félvezetőkkel. A fotodetektor egy szigetelő szubsztrátumra helyezett mikron vastag hengeres szilíciumlemezből áll, fém „ujjakkal”, amelyek ujjával egészülnek ki a tányér tetején lévő kontaktfémtől. Fontos szempont, hogy a csomós szilícium tele van kör alakú lyukakkal, amelyek periodikus mintázatban vannak elrendezve, amely fotonfogási helyekként működik. Az eszköz általános szerkezete miatt a normál behatoló fény közel 90 ° -kal hajlik, amikor az eléri a felületet, lehetővé téve, hogy oldalirányban terjedjen az SI sík mentén. Ezek az oldalsó terjedési módok növelik a fény utazásának hosszát, és hatékonyan lassítják azt, ami több fényt kölcsönhatáshoz vezet, és ezáltal növeli az abszorpciót.
A kutatók optikai szimulációkat és elméleti elemzéseket is végeztek a fotonfogási struktúrák hatásainak jobb megértése érdekében, és számos kísérletet végeztek, összehasonlítva a fotodetektorokat velük és anélkül. Megállapították, hogy a Photon Capture a szélessávú abszorpciós hatékonyság szignifikáns javulásához vezetett a NIR spektrumban, 68% felett maradva, 86% -kal. Érdemes megjegyezni, hogy a közeli infravörös sávban a fotonfoglalási fotodetektor abszorpciós együtthatója többször magasabb, mint a szokásos szilíciumnál, amely meghaladja a gallium -arzenidet. Ezen túlmenően, bár a javasolt kialakítás 1 μm vastag szilíciumlemezekre vonatkozik, a CMOS Electronics -val kompatibilis 30 nm és 100 nm -es szilíciumfilmek szimulációi hasonló továbbfejlesztett teljesítményt mutatnak.
Összességében a tanulmány eredményei ígéretes stratégiát mutatnak a szilícium-alapú fotodetektorok teljesítményének javítására a feltörekvő fotonikai alkalmazásokban. A nagy abszorpció még ultravékony szilíciumrétegekben is elérhető, és az áramkör parazita kapacitása alacsonyan lehet tartani, ami kritikus jelentőségű a nagysebességű rendszerekben. Ezenkívül a javasolt módszer kompatibilis a modern CMOS gyártási folyamatokkal, ezért forradalmasíthatja az optoelektronika integrálását a hagyományos áramkörökbe. Ez viszont előkészítheti az utat a megfizethető ultragyors számítógépes hálózatok és a képalkotó technológia jelentős ugrásaihoz.
A postai idő: november-12-2024