Bagong teknolohiya ng manipis na silikon na photodetector

Bagong teknolohiya ngmanipis na silikon photodetector
Ang mga istruktura ng pagkuha ng photon ay ginagamit upang mapahusay ang ilaw na pagsipsip sa manipisSilicon Photodetectors
Ang mga sistemang Photonic ay mabilis na nakakakuha ng traksyon sa maraming mga umuusbong na aplikasyon, kabilang ang mga optical na komunikasyon, sensing ng takip, at imaging medikal. Gayunpaman, ang malawakang pag -aampon ng mga photonics sa hinaharap na mga solusyon sa engineering ay nakasalalay sa gastos ng pagmamanupakturaPhotodetectors, na kung saan naman ay nakasalalay sa uri ng semiconductor na ginamit para sa hangaring iyon.
Ayon sa kaugalian, ang silikon (SI) ay ang pinaka -ubiquitous semiconductor sa industriya ng elektronika, kaya't ang karamihan sa mga industriya ay tumanda sa paligid ng materyal na ito. Sa kasamaang palad, ang SI ay may medyo mahina na koepisyent ng pagsipsip ng ilaw sa malapit na infrared (NIR) spectrum kumpara sa iba pang mga semiconductors tulad ng Gallium Arsenide (GAAs). Dahil dito, ang mga GAA at mga kaugnay na haluang metal ay umunlad sa mga aplikasyon ng photonic ngunit hindi katugma sa tradisyonal na mga pantulong na metal-oxide semiconductor (CMOS) na mga proseso na ginamit 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 naglikha ng isang paraan upang lubos na mapahusay ang malapit-infrared na pagsipsip sa silikon, na maaaring humantong sa mga pagbawas ng gastos sa mga aparato na may mataas na pagganap, at ang isang koponan ng pananaliksik ng UC Davis ay nagpayunir ng isang bagong diskarte upang lubos na mapabuti ang magaan na pagsipsip sa mga silikon na manipis na pelikula. Sa kanilang pinakabagong papel sa Advanced Photonics Nexus, ipinapakita nila sa kauna-unahang pagkakataon ang isang pang-eksperimentong pagpapakita ng isang photodetector na batay sa silikon na may light-capturing micro-at nano-surface na mga istruktura, nakamit ang hindi pa naganap na pagpapabuti ng pagganap na maihahambing sa mga GAA at iba pang mga semiconductor ng III-V. Ang photodetector ay binubuo ng isang micron-makapal na cylindrical silikon plate na nakalagay sa isang insulating substrate, na may mga "daliri" na umaabot sa isang fashion-fork fashion mula sa contact metal sa tuktok ng plato. Mahalaga, ang bukol na silikon ay puno ng mga pabilog na butas na nakaayos sa isang pana -panahong pattern na kumikilos bilang mga site ng pagkuha ng photon. Ang pangkalahatang istraktura ng aparato ay nagiging sanhi ng normal na ilaw ng insidente na yumuko ng halos 90 ° kapag pinindot nito ang ibabaw, na pinapayagan itong magpalaganap sa paglaon sa kahabaan ng eroplano ng SI. Ang mga pag-ilid ng mga mode ng pagpapalaganap ay nagdaragdag ng haba ng paglalakbay ng Light at epektibong mabagal ito, na humahantong sa mas maraming mga pakikipag-ugnay sa ilaw at sa gayon ay nadagdagan ang pagsipsip.
Ang mga mananaliksik ay nagsagawa din ng mga optical simulation at teoretikal na pagsusuri upang mas maunawaan ang mga epekto ng mga istruktura ng pagkuha ng photon, at nagsagawa ng ilang mga eksperimento na paghahambing ng mga photodetectors at wala sila. Natagpuan nila na ang pagkuha ng photon ay humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa kahusayan ng pagsipsip ng broadband sa NIR spectrum, na nananatili sa itaas ng 68% na may rurok na 86%. Kapansin -pansin na sa malapit na infrared band, ang koepisyent ng pagsipsip ng photon capture photodetector ay maraming beses na mas mataas kaysa sa ordinaryong silikon, na lumampas sa gallium arsenide. Bilang karagdagan, bagaman ang iminungkahing disenyo ay para sa 1μm makapal na mga plato ng silikon, ang mga simulation ng 30 nm at 100 nm na mga pelikulang silikon na katugma sa mga elektronikong CMOS ay nagpapakita ng magkatulad 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 photodetectors na batay sa silikon sa mga umuusbong na aplikasyon ng photonics. Ang mataas na pagsipsip ay maaaring makamit kahit na sa mga ultra-manipis na mga layer ng silikon, at ang kapasidad ng parasitiko ng circuit ay maaaring panatilihing 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 paraan ng optoelectronics ay isinama sa mga tradisyunal na circuit. Ito naman, ay maaaring magbigay ng daan para sa malaking paglukso sa abot -kayang mga network ng computer ng ultrafast at teknolohiya ng imaging.