Жаңа технологияжұқа кремний фотодетекторы
Фотонды ұстап тұру құрылымдары жұқа жерлерде жарықтың жұтылуын жақсарту үшін қолданылады.кремний фотодетекторлары
Фотондық жүйелер оптикалық байланыс, liDAR сенсорлары және медициналық бейнелеу сияқты көптеген жаңа қолданбаларда тез танымал бола бастады. Дегенмен, болашақ инженерлік шешімдерде фотониканы кеңінен қолдану өндіріс құнына байланысты.фотодетекторлар, бұл өз кезегінде көбінесе сол мақсатта қолданылатын жартылай өткізгіш түріне байланысты.
Дәстүрлі түрде кремний (Si) электроника өнеркәсібінде ең көп таралған жартылай өткізгіш болды, сондықтан көптеген салалар осы материалдың айналасында дамыды. Өкінішке орай, Si галлий арсениді (GaAs) сияқты басқа жартылай өткізгіштермен салыстырғанда жақын инфрақызыл (NIR) спектрінде салыстырмалы түрде әлсіз жарық сіңіру коэффициентіне ие. Осыған байланысты GaAs және онымен байланысты қорытпалар фотондық қолданбаларда жақсы дамып келеді, бірақ көптеген электроника өндірісінде қолданылатын дәстүрлі комплементарлы металл-оксидті жартылай өткізгіш (CMOS) процестерімен үйлесімді емес. Бұл олардың өндірістік шығындарының күрт өсуіне әкелді.
Зерттеушілер кремнийдегі инфрақызыл сәулеленуді айтарлықтай жақсартудың жолын ойлап тапты, бұл жоғары өнімді фотондық құрылғылардың құнын төмендетуге әкелуі мүмкін, ал Калифорния Университетінің Дэвис зерттеу тобы кремнийдің жұқа қабықшаларындағы жарықты сіңіруді айтарлықтай жақсартудың жаңа стратегиясын әзірлеуде. Advanced Photonics Nexus журналындағы соңғы мақаласында олар алғаш рет жарық түсіретін микро және нанобеттік құрылымдары бар кремний негізіндегі фотодетектордың эксперименттік көрсетілімін көрсетті, бұл GaAs және басқа III-V топтық жартылай өткізгіштермен салыстыруға болатын бұрын-соңды болмаған өнімділік жақсартуларына қол жеткізді. Фотодетектор оқшаулағыш негізге орналастырылған микрон қалыңдығындағы цилиндрлік кремний пластинасынан тұрады, металл «саусақтары» пластинаның жоғарғы жағындағы жанасу металынан саусақ шанышқысы тәрізді созылады. Маңыздысы, кесек кремний фотонды түсіру орындары ретінде әрекет ететін периодты түрде орналасқан дөңгелек тесіктермен толтырылған. Құрылғының жалпы құрылымы әдетте түсетін жарықтың бетіне тиген кезде шамамен 90°-қа иілуіне әкеледі, бұл оның Si жазықтығы бойымен бүйірлік таралуына мүмкіндік береді. Бұл бүйірлік таралу режимдері жарықтың таралу ұзақтығын арттырады және оны тиімді түрде баяулатады, бұл жарық-материя өзара әрекеттесуінің артуына және осылайша сіңірілудің артуына әкеледі.
Зерттеушілер фотонды ұстап алу құрылымдарының әсерін жақсырақ түсіну үшін оптикалық модельдеу және теориялық талдаулар жүргізді және фотодетекторларды олармен және оларсыз салыстыратын бірнеше тәжірибелер жүргізді. Олар фотонды ұстап алу NIR спектрінде кеңжолақты жұту тиімділігінің айтарлықтай жақсаруына әкеліп соқтырғанын, шыңы 86% -дан жоғары болып, 68%-дан жоғары екенін анықтады. Жақын инфрақызыл диапазонда фотонды ұстап алу фотодетекторының жұту коэффициенті кәдімгі кремнийге қарағанда бірнеше есе жоғары, галлий арсенидінен асып түсетінін атап өткен жөн. Сонымен қатар, ұсынылған дизайн қалыңдығы 1 мкм кремний пластиналарына арналған болса да, CMOS электроникасымен үйлесімді 30 нм және 100 нм кремний пленкаларының модельдеуі ұқсас жақсартылған өнімділікті көрсетеді.
Жалпы алғанда, бұл зерттеудің нәтижелері жаңа фотоника қолданбаларында кремний негізіндегі фотодетекторлардың өнімділігін жақсартудың перспективалы стратегиясын көрсетеді. Жоғары сіңіруге тіпті ультра жұқа кремний қабаттарында да қол жеткізуге болады, ал тізбектің паразиттік сыйымдылығын төмен деңгейде ұстауға болады, бұл жоғары жылдамдықты жүйелерде өте маңызды. Сонымен қатар, ұсынылған әдіс заманауи CMOS өндіріс процестерімен үйлесімді және сондықтан оптоэлектрониканы дәстүрлі тізбектерге біріктіру жолында төңкеріс жасау мүмкіндігіне ие. Бұл өз кезегінде қолжетімді ультра жылдам компьютерлік желілер мен бейнелеу технологиясында айтарлықтай серпілістерге жол ашуы мүмкін.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 12 қараша