Жаңа технологияжұқа кремний фотодетекторы
Фотонды түсіру құрылымдары жарықтың жұтылуын жақсарту үшін қолданыладыкремний фотодетекторлары
Фотоникалық жүйелер көптеген дамып келе жатқан қолданбаларда, соның ішінде оптикалық коммуникацияларда, liDAR сенсациясында және медициналық бейнелеуде тез тартылуда. Дегенмен, болашақ инженерлік шешімдерде фотониканы кеңінен қолдану өндіріс құнына байланысты.фотодетекторлар, бұл өз кезегінде осы мақсат үшін пайдаланылатын жартылай өткізгіш түріне байланысты.
Дәстүрлі түрде кремний (Si) электроника өнеркәсібіндегі ең кең таралған жартылай өткізгіш болды, сондықтан көптеген салалар осы материалдың айналасында жетілді. Өкінішке орай, Si галлий арсениді (GaAs) сияқты басқа жартылай өткізгіштермен салыстырғанда жақын инфрақызыл (NIR) спектрінде салыстырмалы түрде әлсіз жарықты сіңіру коэффициентіне ие. Осыған байланысты GaAs және олармен байланысты қорытпалар фотонды қолданбаларда өркендеп келеді, бірақ көптеген электроника өндірісінде қолданылатын дәстүрлі қосымша металл-оксидті жартылай өткізгіш (CMOS) процестерімен үйлесімді емес. Бұл олардың өндірістік шығындарының күрт өсуіне әкелді.
Зерттеушілер кремнийдегі жақын инфрақызыл жұтылуды айтарлықтай жақсартудың жолын ойлап тапты, бұл өнімділігі жоғары фотоникалық құрылғылардың құнын төмендетуге әкелуі мүмкін және UC Davis зерттеу тобы кремний жұқа қабықшаларындағы жарықты сіңіруді айтарлықтай жақсартудың жаңа стратегиясын құруда. Advanced Photonics Nexus-тегі соңғы мақалаларында олар алғаш рет GaAs және басқа III-V топ жартылай өткізгіштермен салыстырылатын бұрын-соңды болмаған өнімділікті жақсартуға қол жеткізетін жарық түсіретін микро және нано-беттік құрылымдары бар кремний негізіндегі фотодетектордың эксперименталды демонстрациясын көрсетеді. . Фотодетектор оқшаулағыш субстратқа орналастырылған қалыңдығы микрон цилиндрлік кремний пластинасынан тұрады, металл «саусақтары» пластинаның жоғарғы жағындағы жанасатын металдан саусақ айыр тәрізді созылады. Маңыздысы, кесек кремний фотонды түсіру орындары ретінде әрекет ететін мерзімді үлгіде орналасқан дөңгелек тесіктермен толтырылады. Құрылғының жалпы құрылымы қалыпты түскен жарықтың бетіне түскен кезде шамамен 90°-қа иілуіне әкеледі, бұл оның Si жазықтығы бойынша жанама таралуына мүмкіндік береді. Бұл бүйірлік таралу режимдері жарықтың жүру ұзақтығын ұлғайтады және оны тиімді түрде баяулатады, бұл жарық-материяның көбірек әрекеттесуіне әкеледі және осылайша сіңіруді арттырады.
Зерттеушілер сонымен қатар фотонды түсіру құрылымдарының әсерін жақсырақ түсіну үшін оптикалық модельдеу және теориялық талдаулар жүргізді және олармен және оларсыз фотодетекторларды салыстыру бойынша бірнеше эксперименттер жүргізді. Олар фотонды түсіру NIR спектрінде кең жолақты сіңіру тиімділігін айтарлықтай жақсартуға әкеліп соқтырды, 68% -дан жоғары, 86% шыңы болды. Айта кету керек, жақын инфрақызыл диапазонда фотонды түсіру фотодетекторының жұту коэффициенті қарапайым кремнийге қарағанда бірнеше есе жоғары, галлий арсенидінен асып түседі. Бұған қоса, ұсынылған дизайн қалыңдығы 1 мкм кремний пластиналарына арналған болса да, CMOS электроникасымен үйлесімді 30 нм және 100 нм кремний пленкаларының модельдеулері ұқсас жақсартылған өнімділікті көрсетеді.
Тұтастай алғанда, бұл зерттеудің нәтижелері жаңадан пайда болған фотоника қолданбаларында кремний негізіндегі фотодетекторлардың өнімділігін жақсартудың перспективалық стратегиясын көрсетеді. Тіпті ультра жұқа кремний қабаттарында жоғары сіңіруге қол жеткізуге болады және тізбектің паразиттік сыйымдылығын төмен ұстауға болады, бұл жоғары жылдамдықты жүйелерде өте маңызды. Сонымен қатар, ұсынылған әдіс заманауи CMOS өндіріс процестерімен үйлесімді және сондықтан оптоэлектрониканы дәстүрлі схемаларға біріктіру жолында революция жасау мүмкіндігіне ие. Бұл, өз кезегінде, қолжетімді өте жылдам компьютерлік желілер мен бейнелеу технологияларында айтарлықтай секірістерге жол ашуы мүмкін.
Жіберу уақыты: 12 қараша 2024 ж