თხელი სილიკონის ფოტოდექტორის ახალი ტექნოლოგია

ახალი ტექნოლოგიათხელი სილიკონის ფოტომეტექტორი
ფოტონის დაჭერის სტრუქტურები გამოიყენება თხელი სინათლის შეწოვის გასაუმჯობესებლადსილიკონის ფოტოდეექტორები
ფოტონური სისტემები სწრაფად იძენენ წევის ბევრ განვითარებად პროგრამაში, მათ შორის ოპტიკურ კომუნიკაციებს, ლიდარის სენსორულ და სამედიცინო ვიზუალიზაციას. ამასთან, მომავალ საინჟინრო გადაწყვეტილებებში ფოტონიკის ფართო მიღება დამოკიდებულია წარმოების ღირებულებაზეფოტოდეექტორებირაც, თავის მხრივ, დიდწილად დამოკიდებულია ამ მიზნით გამოყენებული ნახევარგამტარული ტიპზე.
ტრადიციულად, სილიკონი (SI) იყო ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარული ელექტრონიკის ინდუსტრიაში, იმდენად, რომ ინდუსტრიების უმეტესობამ ამ მასალის გარშემო მომწიფდა. სამწუხაროდ, SI– ს აქვს შედარებით სუსტი შუქის შთანთქმის კოეფიციენტი ახლო ინფრაწითელ (NIR) სპექტრში, სხვა ნახევარგამტარებთან შედარებით, როგორიცაა გალიუმის არსენიდი (GAAS). ამის გამო, GAAS და მასთან დაკავშირებული შენადნობები აყვავებულია ფოტონურ პროგრამებში, მაგრამ არ შეესაბამება ტრადიციულ დამატებით ლითონ-ოქსიდის ნახევარგამტარული (CMOS) პროცესებს, რომლებიც გამოიყენება უმეტეს ელექტრონიკის წარმოებაში. ამან გამოიწვია მათი წარმოების ხარჯების მკვეთრი ზრდა.
მკვლევარებმა შეიმუშავეს გზა, რათა მნიშვნელოვნად გააძლიერონ სილიკონში ახლო ინფრაწითელი შეწოვა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მაღალი ხარისხის ფოტონური მოწყობილობების ხარჯების შემცირება, ხოლო UC Davis- ის კვლევითი ჯგუფი პიონერებს უწევს ახალ სტრატეგიას, რათა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სინათლის შეწოვა სილიკონის თხელი ფილმებში. Advanced Photonics Nexus– ის უახლეს ნაშრომში, ისინი პირველად აჩვენებენ სილიკონის დაფუძნებული ფოტოდეტორის ექსპერიმენტულ დემონსტრირებას მსუბუქი დამპალი მიკრო და ნანო-ზედაპირის სტრუქტურებით, რაც მიაღწევს უპრეცედენტო შესრულების გაუმჯობესებას GAAS და სხვა III-V ჯგუფის ნახევარგამტარებთან შედარებით. Photodetector შედგება მიკრონული სისქის ცილინდრული სილიკონის ფირფიტისაგან, რომელიც მოთავსებულია საიზოლაციო სუბსტრატზე, ლითონის "თითები" ვრცელდება თითის ფორმის ფორმით, ფირფიტის ზედა ნაწილში კონტაქტური ლითონისგან. რაც მთავარია, მუწუკები სილიკონი ივსება წრიული ხვრელებით, რომლებიც მოწყობილია პერიოდული ნიმუშით, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ფოტონის დაჭერის ადგილები. მოწყობილობის საერთო სტრუქტურა იწვევს ნორმალურად ინციდენტის შუქს თითქმის 90 ° -ით, როდესაც ის ზედაპირს ურტყამს, რაც საშუალებას აძლევს მას გვერდითი გამრავლდეს SI თვითმფრინავის გასწვრივ. გვერდითი გამრავლების ეს რეჟიმები ზრდის შუქის მოგზაურობის სიგრძეს და ეფექტურად შეანელებს მას, რაც იწვევს უფრო მსუბუქი მატერიალური ურთიერთქმედებას და ამით გაზრდილი შეწოვა.
მკვლევარებმა ასევე ჩაატარეს ოპტიკური სიმულაციები და თეორიული ანალიზები, რომ უკეთესად გაერკვნენ ფოტონის ხელში ჩაგდების სტრუქტურების შედეგები და ჩაატარეს რამდენიმე ექსპერიმენტი, რომლებიც ადარებენ ფოტოდეტექტორებს მათთან და მის გარეშე. მათ დაადგინეს, რომ Photon Capture– მა გამოიწვია NIR– ის სპექტრში ფართოზოლოვანი შთანთქმის ეფექტურობის მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება, რაც 68% -ზე მეტი დარჩა და პიკი 86% –ით. აღსანიშნავია, რომ უახლოეს ინფრაწითელ ზოლში, ფოტონის გადაღების ფოტოდექტორის შთანთქმის კოეფიციენტი რამდენჯერმე აღემატება ჩვეულებრივ სილიკონს, რომელიც აღემატება გალიუმის არსენიდს. გარდა ამისა, მიუხედავად იმისა, რომ შემოთავაზებული დიზაინი არის 1μm სისქის სილიკონის ფირფიტებისთვის, CMOS ელექტრონიკასთან შეესაბამება 30 ნმ და 100 ნმ სილიკონის ფილმებს, რომლებიც თავსებადია CMOS ელექტრონიკასთან.
საერთო ჯამში, ამ კვლევის შედეგები აჩვენებს პერსპექტიულ სტრატეგიას სილიკონის დაფუძნებული ფოტომეტექტორების მუშაობის გაუმჯობესების გაუმჯობესების მიზნით, განვითარებადი ფოტონიკის პროგრამებში. მაღალი შეწოვის მიღწევა შესაძლებელია ულტრა თხელი სილიკონის ფენებშიც კი, ხოლო მიკროსქემის პარაზიტული ტევადობა შეიძლება დაცული იყოს, რაც გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს მაღალსიჩქარიან სისტემებში. გარდა ამისა, შემოთავაზებული მეთოდი შეესაბამება თანამედროვე CMOS წარმოების პროცესებს და, შესაბამისად, აქვს პოტენციალი რევოლუციონირებს ოპტოელექტრონიკის ინტეგრირებას ტრადიციულ სქემებში. ეს, თავის მხრივ, შეიძლება გზას დაადგინოს არსებითი ნახტომი ხელმისაწვდომი ულტრაფასტის კომპიუტერულ ქსელებში და ვიზუალიზაციის ტექნოლოგიაში.