Bagong teknolohiya ngmanipis na silikon na photodetector
Ang mga istruktura ng pagkuha ng photon ay ginagamit upang mapahusay ang pagsipsip ng liwanag sa manipismga photodetector ng silikon
Ang mga photonic system ay mabilis na nakakakuha ng traksyon sa maraming mga umuusbong na application, kabilang ang mga optical na komunikasyon, liDAR sensing, at medikal na imaging. Gayunpaman, ang malawakang paggamit ng photonics sa hinaharap na mga solusyon sa engineering ay nakasalalay sa halaga ng pagmamanupakturamga photodetector, na higit na nakasalalay sa uri ng semiconductor na ginagamit para sa layuning iyon.
Ayon sa kaugalian, ang silicon (Si) ay ang pinaka-nasa lahat ng dako ng semiconductor sa industriya ng electronics, kaya't ang karamihan sa mga industriya ay nag-mature sa materyal na ito. Sa kasamaang palad, ang Si ay may medyo mahina na light absorption coefficient sa malapit na infrared (NIR) spectrum kumpara sa iba pang semiconductors tulad ng gallium arsenide (GaAs). Dahil dito, ang mga GaA at mga kaugnay na haluang metal ay umuunlad sa mga photonic na aplikasyon ngunit hindi tugma sa tradisyonal na komplementaryong metal-oxide semiconductor (CMOS) na proseso na ginagamit sa paggawa ng karamihan sa mga electronics. Ito ay humantong sa isang matalim na pagtaas sa kanilang mga gastos sa pagmamanupaktura.
Ang mga mananaliksik ay gumawa ng paraan upang lubos na mapahusay ang malapit-infrared na pagsipsip sa silicon, na maaaring humantong sa mga pagbawas sa gastos sa mga high-performance na photonic na device, at isang UC Davis research team ang nangunguna sa isang bagong diskarte upang lubos na mapabuti ang light absorption sa mga silicon thin films. Sa kanilang pinakabagong papel sa Advanced Photonics Nexus, ipinakita nila sa unang pagkakataon ang isang eksperimentong demonstrasyon ng isang silicon-based na photodetector na may light-capturing micro - at nano-surface structures, na nakakamit ng mga hindi pa nagagawang pagpapahusay sa performance na maihahambing sa GaAs at iba pang III-V group semiconductors . Binubuo ang photodetector ng isang micron-thick cylindrical silicon plate na inilagay sa isang insulating substrate, na may metal na "mga daliri" na umaabot sa finger-fork fashion mula sa contact metal sa tuktok ng plate. Ang mahalaga, ang bukol na silikon ay puno ng mga pabilog na butas na nakaayos sa isang panaka-nakang pattern na nagsisilbing photon capture site. Ang pangkalahatang istraktura ng device ay nagiging sanhi ng karaniwang pangyayari na ilaw na yumuko nang halos 90° kapag tumama ito sa ibabaw, na nagbibigay-daan dito na dumami sa gilid sa kahabaan ng Si plane. Ang mga lateral propagation mode na ito ay nagpapataas sa haba ng paglalakbay ng liwanag at epektibong nagpapabagal nito, na humahantong sa mas maraming interaksyon ng light-matter at sa gayon ay tumaas ang pagsipsip.
Nagsagawa din ang mga mananaliksik ng mga optical simulation at theoretical analysis upang mas maunawaan ang mga epekto ng mga istruktura ng pagkuha ng photon, at nagsagawa ng ilang mga eksperimento na naghahambing ng mga photodetector na mayroon at wala ang mga ito. Natagpuan nila na ang pagkuha ng photon ay humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa kahusayan sa pagsipsip ng broadband sa spectrum ng NIR, na nananatili sa itaas ng 68% na may pinakamataas na 86%. Kapansin-pansin na sa malapit na infrared band, ang absorption coefficient ng photon capture photodetector ay ilang beses na mas mataas kaysa sa ordinaryong silikon, na lumalampas sa gallium arsenide. Bilang karagdagan, bagama't ang iminungkahing disenyo ay para sa 1μm na kapal ng silicon plate, ang mga simulation ng 30 nm at 100 nm na silikon na pelikula na katugma sa CMOS electronics ay nagpapakita ng katulad na pinahusay na pagganap.
Sa pangkalahatan, ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay nagpapakita ng isang promising na diskarte para sa pagpapabuti ng pagganap ng mga photodetector na nakabatay sa silicon sa mga umuusbong na application ng photonics. Ang mataas na pagsipsip ay maaaring makamit kahit na sa ultra-manipis na mga layer ng silikon, at ang parasitic capacitance ng circuit ay maaaring mapanatiling mababa, na kritikal sa mga high-speed system. Bilang karagdagan, ang iminungkahing pamamaraan ay katugma sa mga modernong proseso ng pagmamanupaktura ng CMOS at samakatuwid ay may potensyal na baguhin ang paraan ng pagsasama ng optoelectronics sa mga tradisyonal na circuit. Ito, sa turn, ay maaaring magbigay ng daan para sa malaking paglukso sa abot-kayang ultrafast na mga network ng computer at teknolohiya ng imaging.
Oras ng post: Nob-12-2024