Yangi texnologiyayupqa kremniy fotodetektori
Fotonni ushlash tuzilmalari yupqa joylarda yorug'likning yutilishini kuchaytirish uchun ishlatiladikremniy fotodetektorlari
Fotonik tizimlar optik aloqa, liDAR sensori va tibbiy tasvirlash kabi ko'plab yangi paydo bo'layotgan ilovalarda tez sur'atlar bilan o'sib bormoqda. Biroq, kelajakdagi muhandislik yechimlarida fotonikaning keng qo'llanilishi ishlab chiqarish narxiga bog'liq.fotodetektorlar, bu esa o'z navbatida asosan shu maqsadda ishlatiladigan yarimo'tkazgich turiga bog'liq.
An'anaga ko'ra, kremniy (Si) elektronika sanoatida eng keng tarqalgan yarimo'tkazgich bo'lib kelgan, shuning uchun ko'pgina sanoat tarmoqlari ushbu material atrofida rivojlangan. Afsuski, Si galliy arsenidi (GaAs) kabi boshqa yarimo'tkazgichlarga nisbatan yaqin infraqizil (NIR) spektrda nisbatan zaif yorug'lik yutilish koeffitsientiga ega. Shu sababli, GaAs va unga tegishli qotishmalar fotonik qo'llanmalarda rivojlanmoqda, ammo ko'pgina elektronika ishlab chiqarishda qo'llaniladigan an'anaviy qo'shimcha metall-oksid yarimo'tkazgich (CMOS) jarayonlari bilan mos kelmaydi. Bu ularning ishlab chiqarish xarajatlarining keskin oshishiga olib keldi.
Tadqiqotchilar kremniyda infraqizil nurlanishning yaqin yutilishining sezilarli darajada yaxshilanishi usulini o'ylab topishdi, bu esa yuqori samarali fotonik qurilmalarda xarajatlarni kamaytirishga olib kelishi mumkin va UC Davis tadqiqot guruhi kremniy yupqa plyonkalarida yorug'likning yutilishining sezilarli darajada yaxshilanishi uchun yangi strategiyani ishlab chiqmoqda. Advanced Photonics Nexus jurnalidagi so'nggi maqolalarida ular birinchi marta yorug'likni ushlaydigan mikro va nano-sirt tuzilmalariga ega kremniy asosidagi fotodetektorning eksperimental namoyishini namoyish etishdi va bu GaAs va boshqa III-V guruh yarimo'tkazgichlariga o'xshash misli ko'rilmagan ishlash yaxshilanishlariga erishdi. Fotodetektor izolyatsiyalovchi substratga joylashtirilgan mikron qalinlikdagi silindrsimon kremniy plastinkadan iborat bo'lib, metall "barmoqlar" plastinkaning yuqori qismidagi kontakt metalldan barmoq vilkasi shaklida cho'zilgan. Muhimi, bo'lakli kremniy fotonlarni ushlash joylari sifatida ishlaydigan davriy naqshda joylashgan dumaloq teshiklar bilan to'ldirilgan. Qurilmaning umumiy tuzilishi odatda tushadigan yorug'likning sirtga tushganda deyarli 90° ga egilishiga olib keladi, bu esa uning Si tekisligi bo'ylab lateral ravishda tarqalishiga imkon beradi. Bu lateral tarqalish rejimlari yorug'likning harakatlanish uzunligini oshiradi va uni samarali ravishda sekinlashtiradi, bu esa yorug'lik-materiya o'zaro ta'sirini kuchaytiradi va shu tariqa yutilishni oshiradi.
Tadqiqotchilar shuningdek, fotonlarni ushlash tuzilmalarining ta'sirini yaxshiroq tushunish uchun optik simulyatsiyalar va nazariy tahlillarni o'tkazdilar va fotodetektorlarni ular bilan va ularsiz taqqoslash bo'yicha bir nechta tajribalar o'tkazdilar. Ular fotonlarni ushlash NIR spektrida keng polosali yutilish samaradorligini sezilarli darajada yaxshilaganini, 68% dan yuqori bo'lib, cho'qqisi 86% ni tashkil etganini aniqladilar. Shuni ta'kidlash kerakki, yaqin infraqizil diapazonda fotonlarni ushlash fotodetektorining yutilish koeffitsienti oddiy kremniynikiga qaraganda bir necha baravar yuqori bo'lib, galliy arsenididan oshib ketadi. Bundan tashqari, taklif qilingan dizayn 1 mkm qalinlikdagi kremniy plitalari uchun mo'ljallangan bo'lsa-da, CMOS elektronikasi bilan mos keladigan 30 nm va 100 nm kremniy plyonkalarining simulyatsiyalari shunga o'xshash yaxshilangan ishlashni ko'rsatadi.
Umuman olganda, ushbu tadqiqot natijalari yangi fotonika qo'llanmalarida kremniy asosidagi fotodetektorlarning ishlashini yaxshilash bo'yicha istiqbolli strategiyani namoyish etadi. Yuqori yutilishga hatto ultra yupqa kremniy qatlamlarida ham erishish mumkin va sxemaning parazit sig'imi past darajada saqlanishi mumkin, bu esa yuqori tezlikdagi tizimlarda juda muhimdir. Bundan tashqari, taklif qilingan usul zamonaviy CMOS ishlab chiqarish jarayonlari bilan mos keladi va shuning uchun optoelektronikani an'anaviy sxemalarga integratsiya qilish usulida inqilob qilish imkoniyatiga ega. Bu, o'z navbatida, arzon ultra tezkor kompyuter tarmoqlari va tasvirlash texnologiyalarida sezilarli sakrashlar uchun yo'l ochishi mumkin.
Nashr vaqti: 2024-yil 12-noyabr