Nauja technologijaplonas silicio fotodetektorius
Fotonų fiksavimo struktūros naudojamos siekiant pagerinti šviesos sugertį plonosesilicio fotodetektoriai
Fotoninės sistemos sparčiai populiarėja daugelyje naujų programų, įskaitant optinius ryšius, liDAR jutiklį ir medicininį vaizdavimą. Tačiau plačiai paplitęs fotonikos pritaikymas būsimuose inžineriniuose sprendimuose priklauso nuo gamybos sąnaudųfotodetektoriai, o tai savo ruožtu labai priklauso nuo tam tikslui naudojamo puslaidininkio tipo.
Tradiciškai silicis (Si) buvo labiausiai visur paplitęs puslaidininkis elektronikos pramonėje, todėl dauguma pramonės šakų subrendo apie šią medžiagą. Deja, Si turi santykinai silpną šviesos sugerties koeficientą artimojo infraraudonųjų spindulių (NIR) spektre, palyginti su kitais puslaidininkiais, tokiais kaip galio arsenidas (GaAs). Dėl šios priežasties GaAs ir susiję lydiniai klesti fotoninėse srityse, tačiau jie nesuderinami su tradiciniais papildomais metalo oksido puslaidininkių (CMOS) procesais, naudojamais daugumos elektronikos gamyboje. Dėl to smarkiai išaugo jų gamybos sąnaudos.
Tyrėjai sukūrė būdą, kaip labai pagerinti artimųjų infraraudonųjų spindulių absorbciją silicyje, o tai gali lemti didelio efektyvumo fotoninių prietaisų sąnaudų mažinimą, o UC Davis tyrimų komanda kuria naują strategiją, kuria siekiama žymiai pagerinti šviesos sugertį plonose silicio plėvelėse. Naujausiame „Advanced Photonics Nexus“ darbe jie pirmą kartą demonstruoja silicio fotodetektorių su šviesą fiksuojančiomis mikro ir nano paviršiaus struktūromis, pasiekiančius precedento neturinčius našumo patobulinimus, panašius į GaAs ir kitus III-V grupės puslaidininkius. . Fotodetektorių sudaro mikrono storio cilindrinė silicio plokštė, uždėta ant izoliacinio pagrindo, o metaliniai „pirštai“ piršto šakutės būdu tęsiasi nuo kontaktinio metalo plokštės viršuje. Svarbu tai, kad gumbuotas silicis užpildytas apskritomis skylėmis, išdėstytomis periodiškai, kurios veikia kaip fotonų fiksavimo vietos. Dėl bendros prietaiso struktūros įprastai krentanti šviesa atsitrenkia į paviršių beveik 90°, todėl ji gali sklisti į šonus išilgai Si plokštumos. Šie šoninio sklidimo režimai padidina šviesos sklidimo trukmę ir efektyviai ją sulėtina, todėl atsiranda daugiau šviesos ir medžiagos sąveikos ir taip padidėja sugertis.
Tyrėjai taip pat atliko optinius modeliavimus ir teorines analizes, kad geriau suprastų fotonų fiksavimo struktūrų poveikį, ir atliko keletą eksperimentų, lygindami fotodetektorius su jais ir be jų. Jie nustatė, kad fotonų gaudymas žymiai pagerino plačiajuosčio ryšio sugerties efektyvumą NIR spektre, išlikdamas virš 68%, o didžiausias - 86%. Verta paminėti, kad artimųjų infraraudonųjų spindulių juostoje fotonų gaudymo fotodetektoriaus sugerties koeficientas yra kelis kartus didesnis nei paprasto silicio, viršijantis galio arsenidą. Be to, nors siūlomas dizainas skirtas 1 μm storio silicio plokštėms, 30 nm ir 100 nm silicio plėvelių, suderinamų su CMOS elektronika, modeliavimas rodo panašų pagerintą našumą.
Apskritai šio tyrimo rezultatai rodo daug žadančią strategiją, kaip pagerinti silicio fotodetektorių veikimą naujose fotonikos programose. Didelė sugertis gali būti pasiekta net ir itin plonuose silicio sluoksniuose, o grandinės parazitinė talpa gali būti išlaikoma maža, o tai labai svarbu didelės spartos sistemose. Be to, siūlomas metodas yra suderinamas su šiuolaikiniais CMOS gamybos procesais ir todėl gali pakeisti optoelektronikos integravimo į tradicines grandines būdą. Tai savo ruožtu galėtų sudaryti sąlygas dideliems šuoliams įperkamų itin sparčių kompiuterių tinklų ir vaizdo gavimo technologijų srityje.
Paskelbimo laikas: 2024-11-12