Yupqa kremniy fotodetektorining yangi texnologiyasi

ning yangi texnologiyasiyupqa kremniy fotodetektori
Fotonni ushlab turish tuzilmalari yorug'likning yupqa yutilishini kuchaytirish uchun ishlatiladisilikon fotodetektorlar
Fotonik tizimlar ko'plab rivojlanayotgan ilovalarda, jumladan optik aloqa, liDAR sensori va tibbiy tasvirlashda tez o'z o'rnini topmoqda. Biroq, kelajakdagi muhandislik echimlarida fotonikaning keng qo'llanilishi ishlab chiqarish narxiga bog'liq.fotodetektorlar, bu esa 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'pchilik sanoat ushbu material atrofida rivojlangan. Afsuski, Si galliy arsenid (GaAs) kabi boshqa yarimo'tkazgichlarga nisbatan yaqin infraqizil (NIR) spektrida nisbatan zaif yorug'lik yutilish koeffitsientiga ega. Shu sababli, GaAs va tegishli qotishmalar fotonik ilovalarda rivojlanmoqda, ammo aksariyat elektronika ishlab chiqarishda qo'llaniladigan an'anaviy qo'shimcha metall oksidi yarimo'tkazgich (CMOS) jarayonlariga mos kelmaydi. Bu ularning ishlab chiqarish xarajatlarining keskin oshishiga olib keldi.
Tadqiqotchilar kremniyda yaqin infraqizil singdirishni sezilarli darajada oshirish usulini ishlab chiqdilar, bu esa yuqori samarali fotonik qurilmalarda xarajatlarni kamaytirishga olib kelishi mumkin va UC Devis tadqiqot guruhi kremniy yupqa plyonkalarda yorug'likni singdirishni sezilarli darajada yaxshilash uchun yangi strategiyani yaratmoqda. Advanced Photonics Nexus-dagi so'nggi maqolalarida ular birinchi marta yorug'likni ushlaydigan mikro va nano-sirt tuzilmalariga ega bo'lgan kremniy asosidagi fotodetektorning eksperimental namoyishini namoyish etadilar va GaAs va boshqa III-V guruhli yarimo'tkazgichlar bilan taqqoslanadigan misli ko'rilmagan samaradorlikka erishadilar. . Fotodetektor izolyatsion substratga joylashtirilgan mikron qalinlikdagi silindrsimon kremniy plastinkadan iborat bo'lib, metall "barmoqlar" plastinkaning yuqori qismidagi aloqa metallidan barmoq vilkalari shaklida cho'zilgan. Muhimi, bo'lakli kremniy davriy naqshda joylashgan dumaloq teshiklar bilan to'ldirilgan bo'lib, ular fotonlarni ushlash joylari sifatida ishlaydi. Qurilmaning umumiy tuzilishi odatdagi yorug'lik yuzasiga tushganda deyarli 90 ° ga egilib, Si tekisligi bo'ylab yon tomonga tarqalishiga imkon beradi. Ushbu lateral tarqalish rejimlari yorug'lik oqimining uzunligini oshiradi va uni samarali ravishda sekinlashtiradi, bu esa yorug'lik-materiyaning ko'proq o'zaro ta'siriga olib keladi va shu bilan yutilishni oshiradi.
Tadqiqotchilar, shuningdek, foton ushlash tuzilmalarining ta'sirini yaxshiroq tushunish uchun optik simulyatsiyalar va nazariy tahlillar o'tkazdilar va fotodetektorlarni ular bilan va ularsiz taqqoslash bo'yicha bir nechta tajribalar o'tkazdilar. Ular fotonni ushlash NIR spektrida keng polosali yutilish samaradorligini sezilarli darajada yaxshilashga olib keldi va 68% dan yuqori bo'lib, 86% cho'qqisiga chiqdi. Shunisi e'tiborga loyiqki, yaqin infraqizil diapazonda foton tutuvchi fotodetektorning yutilish koeffitsienti oddiy kremniynikidan bir necha baravar yuqori bo'lib, galliy arsenididan oshib ketadi. Bundan tashqari, tavsiya etilgan dizayn 1 mkm qalinlikdagi silikon plitalar uchun bo'lsa-da, CMOS elektronikasiga mos keluvchi 30 nm va 100 nm silikon plyonkalarning simulyatsiyasi shunga o'xshash yaxshilangan ishlashni ko'rsatadi.
Umuman olganda, ushbu tadqiqot natijalari yangi paydo bo'lgan fotonik ilovalarda silikon asosidagi fotodetektorlarning ish faoliyatini yaxshilash uchun istiqbolli strategiyani namoyish etadi. Hatto ultra yupqa kremniy qatlamlarida ham yuqori yutilishga erishish mumkin va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan parazit sig'imi past bo'lishi mumkin, bu yuqori tezlikda ishlaydigan tizimlarda juda muhimdir. Bundan tashqari, tavsiya etilgan usul zamonaviy CMOS ishlab chiqarish jarayonlariga mos keladi va shuning uchun optoelektronikaning an'anaviy sxemalarga integratsiyalashuvini inqilob qilish imkoniyatiga ega. Bu, o'z navbatida, arzon ultra tezkor kompyuter tarmoqlari va tasvirlash texnologiyasida sezilarli sakrash uchun yo'l ochishi mumkin.