Nauja plono silicio fotodetektoriaus technologija

Nauja technologijaPlonas silicio fotodetektorius
Fotonų fiksavimo struktūros naudojamos siekiant pagerinti šviesos absorbciją plonojeSilicio fotodetektoriai
Daugelyje kylančių programų fotoninės sistemos sparčiai auga, įskaitant optinius ryšius, lidaro jutiklius ir medicininį vaizdą. Tačiau plačiai paplitęs fotonikos priėmimas būsimuose inžineriniuose sprendimuose priklauso nuo gamybos išlaidųFotodetektoriai, tai savo ruožtu daugiausia priklauso nuo to tikslo naudojamo puslaidininkio tipo.
Tradiciškai silicis (SI) buvo visur paplitęs puslaidininkis elektronikos pramonėje, tiek, kad dauguma pramonės šakų subrendo aplink šią medžiagą. Deja, SI turi santykinai silpną šviesos absorbcijos koeficientą artimojo infraraudonųjų spindulių (NIR) spektre, palyginti su kitais puslaidininkiais, tokiais kaip galio arsenidas (GAAS). Dėl šios priežasties GaAS ir susiję lydiniai klesti fotoniniais tikslais, tačiau nesuderinami su tradiciniais komplemenziniais metalo oksido puslaidininkių (CMOS) procesais, naudojamais daugumos elektronikos gamyboje. Tai paskatino staigų jų gamybos išlaidų padidėjimą.
Tyrėjai sugalvojo būdą, kaip žymiai sustiprinti beveik infraraudonųjų spindulių absorbciją silicyje, o tai gali lemti didelio našumo fotoninių prietaisų išlaidų sumažėjimą, o UC Davis tyrimų komanda pradeda naują strategiją, kad būtų galima žymiai pagerinti šviesos absorbciją silicio plonose plėvelėse. Naujausiame savo dokumente „Advanced Photonics Nexus“ jie pirmą kartą demonstruoja eksperimentinį silicio pagrindu sukurto fotodetektoriaus demonstravimą su šviesiai užfiksuotu mikro ir nanodalelių struktūromis, pasiekdami precedento neturinčius našumo patobulinimus, palyginamus su GAAS ir kitomis III-V grupių puslaidininkių puslaidininkiais . Fotodetektorių susideda iš mikronų storio cilindrinės silicio plokštelės, uždėtos ant izoliacinio substrato, o metaliniai „pirštai“, besitęsiantys piršto pirštų, iš kontaktinio metalo plokštelės viršuje. Svarbu tai, kad purus silicis užpildytas žiedinėmis skylutėmis, išdėstytomis periodiškai modeliais, kurie veikia kaip fotonų fiksavimo vietos. Dėl bendros prietaiso struktūros dažniausiai patenkinta šviesa sulenkia beveik 90 °, kai jis atsitrenkia į paviršių, leisdama jai sklisti į šoną išilgai Si plokštumos. Šie šoninių sklidimo režimai padidina šviesos kelionės ilgį ir veiksmingai sulėtina ją, todėl padidėja šviesos sąveika ir taip padidėja absorbcija.
Tyrėjai taip pat atliko optinius modeliavimus ir teorines analizes, kad geriau suprastų fotonų fiksavimo struktūrų poveikį, ir atliko kelis eksperimentus, lyginančius fotodetektorius su jų ir be jų. Jie nustatė, kad fotonų užfiksavimas žymiai pagerino plačiajuosčio ryšio absorbcijos efektyvumą NIR spektre, o viršūnė buvo virš 68%, o didžiausia - 86%. Verta paminėti, kad artimoje infraraudonųjų spindulių juostoje fotono fiksavimo fotodetektoriaus absorbcijos koeficientas yra kelis kartus didesnis nei įprasto silicio, viršijančio galio arsenidą. Be to, nors siūlomas dizainas skirtas 1 μm storio silicio plokštelėms, 30 nm ir 100 nm silicio plėvelių modeliavimas, suderinamas su CMOS elektronika, rodo panašų patobulintą našumą.
Apskritai šio tyrimo rezultatai rodo perspektyvią strategiją, kaip pagerinti silicio pagrindu pagamintų fotodetektorių veikimą kylančiose fotonikos programose. Didelę absorbciją galima pasiekti net ypač plonuose silicio sluoksniuose, o grandinės parazitinė talpa gali būti maža, o tai yra kritiška greitaeigių sistemų sistemose. Be to, siūlomas metodas yra suderinamas su šiuolaikiniais CMOS gamybos procesais, todėl gali pakeisti revoliuciją, kaip optoelektronika yra integruota į tradicines grandines. Tai, savo ruožtu, galėtų paruošti kelią į didelius įperkamų ultrafastų kompiuterių tinklų ir vaizdo gavimo technologijos šuolius.