Nova tehnologijaTanki silikonski fotodetektor
Strukture snimanja fotona koriste se za poboljšanje apsorpcije svjetlosti u tankojsilikonski fotodetektori
Fotonski sustavi brzo dobivaju privlačnost u mnogim u nastajanju, uključujući optičku komunikaciju, senzor liDAR -a i medicinsko snimanje. Međutim, široko prihvaćanje fotonike u budućim inženjerskim rješenjima ovisi o troškovima proizvodnjefotodetektori, što zauzvrat uglavnom ovisi o vrsti poluvodiča koji se koristi u tu svrhu.
Tradicionalno, silicij (SI) je bio najprisutniji poluvodič u elektroničkoj industriji, toliko da je većina industrija sazrijevala oko ovog materijala. Nažalost, SI ima relativno slab koeficijent apsorpcije svjetlosti u spektru bliskog infracrvenog (NIR) u usporedbi s drugim poluvodičima poput galij arsenida (GAAS). Zbog toga GAA i srodne legure uspijevaju u fotonskim primjenama, ali nisu kompatibilni s tradicionalnim procesima poluvodiča komplementarnog metal-oksida (CMOS) koji se koriste u proizvodnji većine elektronike. To je dovelo do naglog povećanja njihovih troškova proizvodnje.
Istraživači su osmislili način da uvelike poboljšaju blizu infracrvenu apsorpciju u silicijumu, što bi moglo dovesti do smanjenja troškova u fotonskim uređajima visokih performansi, a istraživački tim UC Davis pionira novu strategiju za uvelike poboljšanje apsorpcije svjetlosti u silicijskim tankim filmovima. U svom posljednjem radu u Advanced Photonics Nexusu, oni prvi put pokazuju eksperimentalnu demonstraciju fotodetektora temeljenog na silicijumu s mikro-površinskim strukturama koje prikupljaju svjetlo, postižući neviđene poboljšanja performansi usporedive s GAAS-om i drugim poluvodičima III-V grupe. Fotodetektor se sastoji od cilindrične silicijske ploče debljine mikrona postavljene na izolacijskom supstratu, s metalnim "prstima" koji se protežu na modu prsta s kontaktnog metala na vrhu ploče. Ono što je važno, kvrgavi silicij ispunjen je kružnim rupama raspoređenim u periodičnom uzorku koji djeluju kao mjesta snimanja fotona. Ukupna struktura uređaja uzrokuje da se normalno incidentna svjetlost savija za gotovo 90 ° kada udari na površinu, omogućujući mu da se bočno širi duž ravnine SI. Ovi načini bočnog širenja povećavaju duljinu putovanja svjetlosti i učinkovito ga usporavaju, što dovodi do više interakcija svjetla i tako povećanih apsorpcija.
Istraživači su također proveli optičke simulacije i teorijske analize kako bi bolje razumjeli učinke struktura snimanja fotona i proveli nekoliko eksperimenata koji su uspoređivali fotodetektore sa i bez njih. Otkrili su da je snimanje fotona dovelo do značajnog poboljšanja učinkovitosti apsorpcije širokopojasne mreže u NIR spektru, ostajući iznad 68% s vrhom od 86%. Vrijedno je napomenuti da je u bliskom infracrvenom opsegu koeficijent apsorpcije fotodetektora snimanja fotona nekoliko puta veći od onog uobičajenog silicija, koji premašuje galijski arsenid. Pored toga, iako je predloženi dizajn za silikonske ploče debljine 1 μm, simulacije od 30 nm i 100 nm silikonskih filmova kompatibilnih s CMOS elektronikom pokazuju slične poboljšane performanse.
Općenito, rezultati ove studije pokazuju obećavajuću strategiju za poboljšanje performansi fotodetektora utemeljenih na silicijuma u nastajanju aplikacija za fotoniku. Visoka apsorpcija može se postići čak i u ultra tankim silicijskim slojevima, a parazitska kapacitivnost kruga može se držati niskim, što je kritično u sustavima velike brzine. Osim toga, predložena metoda kompatibilna je s modernim procesima proizvodnje CMOS -a i stoga ima potencijal revolucionirati način na koji je optoelektronika integrirana u tradicionalne krugove. To bi, zauzvrat, moglo otvoriti put značajnim skokovima u pristupačnim ultra brzim računalnim mrežama i tehnologiji snimanja.
Post Vrijeme: studeno 12-2024