Nuwe tegnologie van dun silikonfotodetektor

Nuwe tegnologie vanDun silikon fotodetektor
Foton vangstrukture word gebruik om ligabsorpsie in dun te verhoogsilikonfotodetektore
Fotoniese stelsels kry vinnig traksie in baie ontluikende toepassings, insluitend optiese kommunikasie, dekselwaarneming en mediese beeldvorming. Die wydverspreide aanvaarding van fotonika in toekomstige ingenieursoplossings hang egter af van die koste van vervaardigingfotodetektore, wat op sy beurt grootliks afhang van die tipe halfgeleier wat vir die doel gebruik word.
Tradisioneel was Silicon (SI) die alomteenwoordige halfgeleier in die elektroniese industrie, soveel dat die meeste nywerhede rondom hierdie materiaal verouder is. Ongelukkig het SI 'n relatiewe swak ligabsorpsiekoëffisiënt in die nabye infrarooi (NIR) spektrum in vergelyking met ander halfgeleiers soos gallium arsenied (GAA's). As gevolg hiervan floreer GAA's en verwante legerings in fotoniese toepassings, maar is dit nie versoenbaar met die tradisionele komplementêre metaaloksied-halfgeleier (CMOS) prosesse wat gebruik word in die produksie van die meeste elektronika nie. Dit het gelei tot 'n skerp toename in hul vervaardigingskoste.
Navorsers het 'n manier bedink om die absorpsie van naby-infrarooi in silikon aansienlik te verbeter, wat kan lei tot kostevermindering in hoëprestasie fotoniese toestelle, en 'n UC Davis-navorsingspan is besig om 'n nuwe strategie te baanbrekend om ligabsorpsie in silikon-dun films te verbeter. In hul jongste artikel by Advanced Photonics Nexus, demonstreer hulle vir die eerste keer 'n eksperimentele demonstrasie van 'n silikon-gebaseerde fotodetektor met ligversorgende mikro-en nano-oppervlakstrukture, wat ongekende prestasieverbeterings verwerf het, vergelykbaar met GAA's en ander III-V-groep-halfgeleiers. Die fotodetektor bestaan ​​uit 'n mikron-dik silindriese silikonplaat wat op 'n isolerende substraat geplaas is, met metaalvingers wat op 'n vingervurk-mode strek van die kontakmetaal aan die bokant van die plaat. Wat belangrik is, is dat die klonterige silikon gevul is met sirkelgate wat gerangskik is in 'n periodieke patroon wat as foton -vangplekke optree. Die algehele struktuur van die toestel veroorsaak dat die normaalweg -lig met byna 90 ° buig as dit die oppervlak tref, sodat dit lateraal langs die SI -vlak kan voortplant. Hierdie laterale voortplantingsmetodes verhoog die lengte van die lig van die lig en vertraag dit effektief, wat lei tot meer ligte interaksies en sodoende die opname verhoog.
Die navorsers het ook optiese simulasies en teoretiese ontledings uitgevoer om die gevolge van fotonopname -strukture beter te verstaan, en het verskeie eksperimente uitgevoer wat fotodetektore met en daarsonder vergelyk. Hulle het bevind dat fotonopname tot 'n beduidende verbetering in breëbandabsorpsiedoeltreffendheid in die NIR -spektrum gelei het, met 'n hoogtepunt van 86%. Dit is opmerklik dat die absorpsiekoëffisiënt van die foton -fotodetektor in die nabye infrarooi band 'n paar keer hoër is as dié van gewone silikon, wat die gallium -arsenied oorskry. Daarbenewens, hoewel die voorgestelde ontwerp vir 1μm dik silikonplate is, toon simulasies van 30 nm en 100 nm silikonfilms wat versoenbaar is met CMOS -elektronika, soortgelyke verbeterde werkverrigting.
In die algemeen toon die resultate van hierdie studie 'n belowende strategie vir die verbetering van die prestasie van silikon-gebaseerde fotodetektore in opkomende fotonika-toepassings. Hoë absorpsie kan bewerkstellig word, selfs in ultra-dun silikonlae, en die parasitiese kapasitansie van die kring kan laag gehou word, wat van kritieke belang is in hoëspoedstelsels. Daarbenewens is die voorgestelde metode versoenbaar met moderne CMOS -vervaardigingsprosesse en het dit dus die potensiaal om die manier waarop opto -elektronika in tradisionele stroombane geïntegreer word, te revolusioneer. Dit kan op sy beurt die weg baan vir aansienlike sprong in bekostigbare ultra vinnige rekenaarnetwerke en beeldtegnologie.