पातलो सिलिकन फोटोडेटेक्टरको नयाँ प्रविधि

को नयाँ प्रविधिपातलो सिलिकन फोटोडिटेक्टर
फोटोन क्याप्चर संरचनाहरू पातलोमा प्रकाश अवशोषण बढाउन प्रयोग गरिन्छसिलिकन फोटोडिटेक्टरहरू
फोटोनिक प्रणालीहरूले अप्टिकल संचार, liDAR सेन्सिङ, र मेडिकल इमेजिङ सहित धेरै उदीयमान अनुप्रयोगहरूमा द्रुत रूपमा कर्षण प्राप्त गर्दैछ। यद्यपि, भविष्यको ईन्जिनियरिङ् समाधानहरूमा फोटोनिक्सको व्यापक अपनत्व निर्माणको लागतमा निर्भर गर्दछ।फोटो डिटेक्टरहरू, जुन त्यस उद्देश्यका लागि प्रयोग गरिएको अर्धचालकको प्रकारमा ठूलो मात्रामा निर्भर गर्दछ।
परम्परागत रूपमा, सिलिकन (Si) इलेक्ट्रोनिक्स उद्योगमा सबैभन्दा सर्वव्यापी अर्धचालक भएको छ, धेरै जसो उद्योगहरू यस सामग्रीको वरिपरि परिपक्व भएका छन्। दुर्भाग्यवश, ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) जस्ता अन्य अर्धचालकहरूको तुलनामा Si सँग नजिकको इन्फ्रारेड (NIR) स्पेक्ट्रममा अपेक्षाकृत कमजोर प्रकाश अवशोषण गुणांक छ। यसको कारणले, GaAs र सम्बन्धित मिश्रहरू फोटोनिक अनुप्रयोगहरूमा फस्टाउँदैछन् तर धेरै इलेक्ट्रोनिक्सको उत्पादनमा प्रयोग हुने परम्परागत पूरक मेटल-अक्साइड सेमीकन्डक्टर (CMOS) प्रक्रियाहरूसँग उपयुक्त छैनन्। यसले उनीहरूको उत्पादन लागतमा तीव्र वृद्धि ल्यायो।
अन्वेषकहरूले सिलिकनमा नजिकको इन्फ्रारेड अवशोषणलाई बढावा दिने तरिका बनाएका छन्, जसले उच्च-प्रदर्शन फोटोनिक उपकरणहरूमा लागत घटाउन सक्छ, र यूसी डेभिस अनुसन्धान टोलीले सिलिकन पातलो फिल्महरूमा प्रकाश अवशोषणलाई धेरै सुधार गर्न नयाँ रणनीतिको अग्रगामी गरिरहेको छ। Advanced Photonics Nexus मा आफ्नो भर्खरको पेपरमा, तिनीहरूले पहिलो पटक प्रकाश-क्याप्चरिंग माइक्रो - र न्यानो-सतह संरचनाहरूको साथ सिलिकन-आधारित फोटोडेटेक्टरको प्रयोगात्मक प्रदर्शन प्रदर्शन गर्दछ, GaAs र अन्य III-V समूह अर्धचालकहरूसँग तुलनात्मक अभूतपूर्व प्रदर्शन सुधारहरू प्राप्त गर्दै। । फोटोडिटेक्टरमा इन्सुलेट सब्सट्रेटमा राखिएको माइक्रोन-बाक्लो बेलनाकार सिलिकन प्लेट हुन्छ, जसमा प्लेटको शीर्षमा रहेको कन्ट्याक्ट मेटलबाट फिंगर-फोर्क फेसनमा धातु "औँलाहरू" विस्तार हुन्छ। महत्त्वपूर्ण रूपमा, लम्पी सिलिकन एक आवधिक ढाँचामा व्यवस्थित गोलाकार प्वालहरूले भरिएको हुन्छ जसले फोटोन क्याप्चर साइटहरूको रूपमा कार्य गर्दछ। यन्त्रको समग्र संरचनाले सामान्यतया घटना प्रकाशलाई सतहमा ठोक्दा लगभग 90° ले झुकाउँछ, जसले यसलाई Si प्लेनमा पार्श्व रूपमा प्रचार गर्न अनुमति दिन्छ। यी पार्श्व प्रसार मोडहरूले प्रकाशको यात्राको लम्बाइ बढाउँछ र प्रभावकारी रूपमा यसलाई ढिलो बनाउँछ, जसले थप प्रकाश-पदार्थ अन्तरक्रियाहरू निम्त्याउँछ र यसरी अवशोषण बढ्छ।
अन्वेषकहरूले फोटोन क्याप्चर संरचनाहरूको प्रभावहरूलाई अझ राम्ररी बुझ्नको लागि अप्टिकल सिमुलेशनहरू र सैद्धान्तिक विश्लेषणहरू पनि सञ्चालन गरे, र तिनीहरूसँग र बिना फोटोडिटेक्टरहरू तुलना गर्ने धेरै प्रयोगहरू सञ्चालन गरे। उनीहरूले पत्ता लगाए कि फोटोन क्याप्चरले NIR स्पेक्ट्रममा ब्रोडब्यान्ड अवशोषण दक्षतामा उल्लेखनीय सुधार ल्यायो, 86% को शिखरको साथ 68% माथि रह्यो। यो ध्यान दिन लायक छ कि नजिकको इन्फ्रारेड ब्यान्डमा, फोटोन क्याप्चर फोटोडेटेक्टरको अवशोषण गुणांक साधारण सिलिकन भन्दा धेरै गुणा बढी हुन्छ, ग्यालियम आर्सेनाइड भन्दा बढी। थप रूपमा, यद्यपि प्रस्तावित डिजाइन 1μm बाक्लो सिलिकन प्लेटहरूको लागि हो, CMOS इलेक्ट्रोनिक्ससँग मिल्दो 30 nm र 100 nm सिलिकन फिल्महरूको सिमुलेशनले समान परिष्कृत प्रदर्शन देखाउँदछ।
समग्रमा, यस अध्ययनको नतिजाहरूले उभरिरहेको फोटोनिक्स अनुप्रयोगहरूमा सिलिकन-आधारित फोटोडेटेक्टरहरूको प्रदर्शन सुधार गर्नको लागि एक आशाजनक रणनीति प्रदर्शन गर्दछ। अति-पातलो सिलिकन तहहरूमा पनि उच्च अवशोषण प्राप्त गर्न सकिन्छ, र सर्किटको परजीवी क्यापेसिटन्स कम राख्न सकिन्छ, जुन उच्च-गति प्रणालीहरूमा महत्त्वपूर्ण छ। थप रूपमा, प्रस्तावित विधि आधुनिक CMOS निर्माण प्रक्रियाहरूसँग मिल्दो छ र यसैले पारंपरिक सर्किटहरूमा ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स एकीकृत गर्ने तरिकामा क्रान्तिकारी परिवर्तन गर्ने क्षमता छ। यसले, बारीमा, किफायती अल्ट्राफास्ट कम्प्युटर नेटवर्क र इमेजिङ टेक्नोलोजीमा पर्याप्त छलांगको लागि मार्ग प्रशस्त गर्न सक्छ।