Yeni texnologiyanazik silikon fotodetektor
Foton tutma strukturları nazikdə işığın udulmasını artırmaq üçün istifadə olunursilikon fotodetektorlar
Fotonik sistemlər optik rabitə, liDAR sensoru və tibbi görüntüləmə də daxil olmaqla bir çox yeni tətbiqetmələrdə sürətlə cəlb olunur. Bununla belə, gələcək mühəndislik həllərində fotoniklərin geniş şəkildə tətbiqi istehsalın qiymətindən asılıdır.fotodetektorlar, bu da öz növbəsində əsasən həmin məqsəd üçün istifadə olunan yarımkeçiricinin növündən asılıdır.
Ənənəvi olaraq, silikon (Si) elektronika sənayesində ən çox yayılmış yarımkeçirici olmuşdur, o qədər ki, əksər sənayelər bu material ətrafında yetişmişdir. Təəssüf ki, Si, qallium arsenid (GaAs) kimi digər yarımkeçiricilərlə müqayisədə yaxın infraqırmızı (NIR) spektrində nisbətən zəif işıq udma əmsalına malikdir. Buna görə GaAs və əlaqəli ərintilər fotonik tətbiqlərdə inkişaf edir, lakin əksər elektronikanın istehsalında istifadə olunan ənənəvi tamamlayıcı metal-oksid yarımkeçirici (CMOS) prosesləri ilə uyğun gəlmir. Bu, onların istehsal xərclərinin kəskin artmasına səbəb oldu.
Tədqiqatçılar silikonda yaxın infraqırmızı udulmanı əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq üçün bir yol hazırladılar ki, bu da yüksək performanslı fotonik cihazlarda xərclərin azalmasına səbəb ola bilər və UC Davis tədqiqat qrupu silikon nazik filmlərdə işığın udulmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaq üçün yeni strategiyaya öncülük edir. Advanced Photonics Nexus-dakı son məqalələrində onlar ilk dəfə olaraq GaAs və digər III-V qrup yarımkeçiricilərlə müqayisə oluna bilən performans təkmilləşdirmələrinə nail olan, işığı tutan mikro və nano-səth strukturlarına malik silikon əsaslı fotodetektorun eksperimental nümayişini nümayiş etdirirlər. . Fotodetektor mikron qalınlığında silindrik silikon plitədən ibarətdir və metal “barmaqları” plitənin yuxarı hissəsindəki kontakt metaldan barmaq-çəngəl kimi uzanan izolyasiya edən substrata yerləşdirilir. Əhəmiyyətli olan odur ki, topaqlı silikon, foton tutma yerləri kimi fəaliyyət göstərən dövri naxışda düzülmüş dairəvi dəliklərlə doludur. Cihazın ümumi quruluşu normal düşən işığın səthə dəydikdə təxminən 90° əyilməsinə səbəb olur ki, bu da onun Si müstəvisi boyunca yanal şəkildə yayılmasına imkan verir. Bu yanal yayılma rejimləri işığın səyahətinin uzunluğunu artırır və effektiv şəkildə yavaşlatır, daha çox işıq-maddə qarşılıqlı təsirinə və beləliklə, udulmanın artmasına səbəb olur.
Tədqiqatçılar, həmçinin foton tutma strukturlarının təsirlərini daha yaxşı başa düşmək üçün optik simulyasiyalar və nəzəri təhlillər apardılar və fotodetektorları onlarla və onlarsız müqayisə edən bir neçə təcrübə apardılar. Onlar tapdılar ki, fotonun tutulması NIR spektrində genişzolaqlı udma səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmasına səbəb olub, pik 86% olmaqla 68%-dən yuxarı qalıb. Qeyd etmək lazımdır ki, yaxın infraqırmızı diapazonda foton tutma fotodetektorunun udma əmsalı adi silisiumdan bir neçə dəfə yüksəkdir, qallium arsenidini üstələyir. Bundan əlavə, təklif olunan dizayn 1μm qalınlığında silikon plitələr üçün olsa da, CMOS elektronikası ilə uyğun gələn 30 nm və 100 nm silikon filmlərin simulyasiyaları oxşar inkişaf etmiş performans göstərir.
Ümumilikdə, bu tədqiqatın nəticələri yeni yaranan fotonik tətbiqlərdə silikon əsaslı fotodetektorların işini yaxşılaşdırmaq üçün perspektivli strategiya nümayiş etdirir. Yüksək udma hətta ultra nazik silikon təbəqələrdə də əldə edilə bilər və dövrənin parazit tutumu aşağı səviyyədə saxlanıla bilər ki, bu da yüksək sürətli sistemlərdə vacibdir. Bundan əlavə, təklif olunan üsul müasir CMOS istehsal prosesləri ilə uyğun gəlir və buna görə də optoelektronikanın ənənəvi sxemlərə inteqrasiyası yolunda inqilab etmək potensialına malikdir. Bu, öz növbəsində, münasib qiymətə yüksək sürətli kompüter şəbəkələrində və görüntüləmə texnologiyasında əhəmiyyətli sıçrayışlara yol aça bilər.
Göndərmə vaxtı: 12 noyabr 2024-cü il