Yeni texnologiyanazik silikon fotodetektoru
Foton tutma strukturları nazik mühitlərdə işığın udulmasını artırmaq üçün istifadə olunursilikon fotodetektorları
Fotonik sistemlər optik rabitə, liDAR sensoru və tibbi görüntüləmə də daxil olmaqla bir çox yeni tətbiq sahələrində sürətlə populyarlıq qazanır. Bununla belə, gələcək mühəndislik həllərində fotonikanın geniş yayılması istehsal xərclərindən asılıdır.fotodetektorlar, bu da öz növbəsində əsasən bu məqsəd üçün istifadə olunan yarımkeçiricinin növündən asılıdır.
Ənənəvi olaraq, silisium (Si) elektronika sənayesində ən çox yayılmış yarımkeçirici olmuşdur, hətta əksər sənaye sahələri bu material ətrafında inkişaf etmişdir. Təəssüf ki, Si, qallium arsenid (GaAs) kimi digər yarımkeçiricilərlə müqayisədə yaxın infraqırmızı (NIR) spektrdə nisbətən zəif işıq udma əmsalına malikdir. Buna görə də, GaAs və əlaqəli ərintilər fotonik tətbiqlərdə inkişaf edir, lakin əksər elektronika istehsalında istifadə olunan ənənəvi tamamlayıcı metal-oksid yarımkeçirici (CMOS) prosesləri ilə uyğun gəlmir. Bu, onların istehsal xərclərinin kəskin artmasına səbəb olmuşdur.
Tədqiqatçılar yüksək performanslı fotonik cihazlarda xərclərin azaldılmasına səbəb ola biləcək silikonda yaxın infraqırmızı udulmanı əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq üçün bir yol icad ediblər və UC Davis tədqiqat qrupu silikon nazik təbəqələrində işığın udulmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaq üçün yeni bir strategiyaya öncülük edir. Advanced Photonics Nexus-dakı son məqalələrində onlar ilk dəfə olaraq işıq tutan mikro və nano-səth strukturlarına malik silikon əsaslı fotodetektorun eksperimental nümayişini nümayiş etdirirlər və bu da GaAs və digər III-V qrup yarımkeçiriciləri ilə müqayisə edilə bilən misli görünməmiş performans inkişaflarına nail olur. Fotodetektor, izolyasiyaedici substrat üzərində yerləşdirilmiş mikron qalınlığında silindrik silikon lövhədən ibarətdir və lövhənin yuxarısındakı kontakt metaldan barmaq çəngəli şəklində uzanan metal "barmaqlar" var. Əhəmiyyətli olan odur ki, kəsəkli silikon, foton tutma yerləri kimi çıxış edən dövri bir şəkildə düzülmüş dairəvi dəliklərlə doldurulur. Cihazın ümumi quruluşu, normal olaraq düşən işığın səthə dəydikdə təxminən 90° əyilməsinə səbəb olur və bu da onun Si müstəvisi boyunca yan tərəfə yayılmasına imkan verir. Bu yanal yayılma rejimləri işığın səyahət müddətini artırır və effektiv şəkildə yavaşlatır, bu da daha çox işıq-maddə qarşılıqlı təsirinə və beləliklə, udulmanı artırır.
Tədqiqatçılar həmçinin foton tutma strukturlarının təsirlərini daha yaxşı başa düşmək üçün optik simulyasiyalar və nəzəri təhlillər aparmış və fotodetektorları onlarla və onlarsız müqayisə edən bir neçə təcrübə aparmışlar. Onlar foton tutmasının NIR spektrində genişzolaqlı udma səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmasına səbəb olduğunu və 86%-lik zirvə ilə 68%-dən yuxarı qaldığını müəyyən etmişlər. Qeyd etmək lazımdır ki, yaxın infraqırmızı diapazonda foton tutma fotodetektorunun udma əmsalı adi silikondan bir neçə dəfə yüksəkdir və qallium arsenidini üstələyir. Bundan əlavə, təklif olunan dizayn 1μm qalınlığında silikon lövhələr üçün olsa da, CMOS elektronikası ilə uyğun 30 nm və 100 nm silikon filmlərinin simulyasiyaları oxşar inkişaf etmiş performans göstərir.
Ümumilikdə, bu tədqiqatın nəticələri, yeni fotonika tətbiqlərində silikon əsaslı fotodetektorların işini yaxşılaşdırmaq üçün perspektivli bir strategiya nümayiş etdirir. Hətta ultra nazik silikon təbəqələrində belə yüksək udma əldə edilə bilər və dövrənin parazit tutumu aşağı saxlanıla bilər ki, bu da yüksək sürətli sistemlərdə vacibdir. Bundan əlavə, təklif olunan metod müasir CMOS istehsal prosesləri ilə uyğundur və buna görə də optoelektronikanın ənənəvi dövrələrə inteqrasiyasında inqilab etmək potensialına malikdir. Bu, öz növbəsində, əlverişli ultra sürətli kompüter şəbəkələrində və görüntüləmə texnologiyasında əhəmiyyətli sıçrayışlar üçün yol aça bilər.
Yazı vaxtı: 12 Noyabr 2024