Նիհար սիլիկոնային ֆոտոդետեկտորի նոր տեխնոլոգիա

Նոր տեխնոլոգիաՆիհար սիլիկոնային ֆոտոդետրեկտոր
Ֆոտոնի գրավման կառույցներն օգտագործվում են բարակ լույսի կլանումը բարելավելու համարՍիլիկոնային ֆոտոդետրեր
Ֆոտոնիկ համակարգերը արագորեն ձեռք են բերում առաջացող բազմաթիվ ծրագրերում, ներառյալ օպտիկական հաղորդակցությունները, Լիդարի զգայունությունը եւ բժշկական պատկերումը: Այնուամենայնիվ, ապագա ինժեներական լուծումներում ֆոտոնիկայի լայնածավալ ընդունումը կախված է արտադրության արժեքիցՖոտոդետրեր, որն իր հերթին մեծապես կախված է այդ նպատակով օգտագործվող կիսահաղորդչային տեսակից:
Ավանդաբար, սիլիկոնը (SI) էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության ամենատարածված կիսահաղորդիչն է, այնքան, որ արդյունաբերության մեծ մասը հասունացել է այս նյութի շուրջ: Դժբախտաբար, Si- ն ունի համեմատաբար թույլ լույսի կլանման գործակից մոտակա ինֆրակարմիր (նիր) սպեկտրում `համեմատած այլ կիսահաղորդիչների հետ, ինչպիսիք են Gallium Arsenide- ը (GaAs): Դրա պատճառով ԳԱԱ-ն եւ հարակից խառնուրդները բարգավաճում են ֆոտոնիկ ծրագրերում, բայց համատեղելի չեն էլեկտրոնիկայի արտադրության մեջ օգտագործվող ավանդական լրացուցիչ մետաղի-օքսիդի կիսահաղորդչային (CMOS) գործընթացների հետ: Դա հանգեցրեց նրանց արտադրության ծախսերի կտրուկ աճի:
Հետազոտողները ձեւավորել են Սիլիկոնում մոտիկ ինֆրակարմիր կլանումը մեծապես բարելավելու միջոց, ինչը կարող է հանգեցնել բարձրորակ ֆոտոնիկ սարքերում ծախսերի կրճատմանը, իսկ UC Davis- ի հետազոտական ​​խումբը ռահվիրա է սիլիկոնային բարակ ֆիլմերում մեծապես բարելավելու համար: Առաջադեմ ֆոտոնիկայի Nexus- ում իրենց վերջին թերթում նրանք առաջին անգամ ցույց են տալիս սիլիկոնային վրա հիմնված ֆոտոդեկտորի փորձնական ցուցադրում `թեթեւ գրավիչ միկրո եւ նանո մակերեսային կառույցներով, հասնելով աննախադեպ կատարողականի բարելավման, որոնք համեմատելի են GAAS- ի եւ IIA-V խմբի այլ կիսահաղորդիչների: Ֆոտոդետրեկտորը բաղկացած է միկրոհով հաստ ժանգոտական ​​սիլիկոնային ափսեից, որը տեղադրված է մեկուսիչ ենթաշերտի վրա, մետաղական «մատներով», որը մատնահետք է մատնանշում է մատնահետքերի նախապատվության մեջ, ափսեի վերեւում գտնվող կապի մետաղից: Կարեւորը, կոպիտ սիլիկոնը լցված է շրջանաձեւ անցքերով, որոնք կազմակերպված են պարբերական օրինակով, որոնք գործում են որպես ֆոտոն գրավման վայրեր: Սարքի ընդհանուր կառուցվածքը նորմալ միջադեպի լույս է առաջացնում գրեթե 90 ° -ով, երբ այն հարվածում է մակերեսին, ինչը թույլ է տալիս այն տարածվել կողքից SI ինքնաթիռի երկայնքով: Այս կողային տարածման ռեժիմները մեծացնում են լույսի ճանապարհորդության երկարությունը եւ արդյունավետորեն դանդաղեցնում այն, հանգեցնելով ավելի թեթեւ նյութերի փոխազդեցությունների եւ այդպիսով ավելացնելու կլանում:
Հետազոտողները նաեւ անցկացրել են օպտիկական սիմուլյացիա եւ տեսական վերլուծություններ, ավելի լավ հասկանալու ֆոտոն գրավման կառույցների հետեւանքները եւ իրականացրել են մի քանի փորձեր, որոնք համեմատում են ֆոտոդետրեկտորները եւ առանց դրանց: Նրանք պարզեցին, որ ֆոտոն գրավումը հանգեցրել է NIS սպեկտրում լայնաշերտ կլանման արդյունավետության զգալի բարելավմանը, 68% գագաթով մնալով 86% գագաթով: Հատկանշական է, որ մոտ ինֆրակարմիր նվագախմբում ֆոտոն գրավման ֆոտոդետեկտորի կլանման գործակիցը մի քանի անգամ ավելի բարձր է, քան սովորական սիլիկոնը, գերազանցելով Gallium arsenide- ը: Բացի այդ, չնայած առաջարկվող դիզայնը նախատեսված է 1 մկմ հաստ սիլիկոնային ափսեների համար, 30 նմ եւ 100 NM սիլիկոնային ֆիլմերի սիմուլյացիաներ, որոնք համատեղելի են CMOS էլեկտրոնիկայի հետ, ցույց են տալիս նմանատիպ կատարելագործված կատարումը:
Ընդհանուր առմամբ, այս ուսումնասիրության արդյունքները ցույց են տալիս հեռանկարային ռազմավարություն `սիլիկոնային ֆոտոդետրեկտորների կատարողականի բարելավման համար` զարգացող ֆոտոնիկայի ծրագրերում: Բարձր կլանումը կարելի է հասնել նույնիսկ ծայրահեղ բարակ սիլիկոնային շերտերում, եւ շրջանային մակաբուծական կոնկրետոնը հնարավոր է ցածր պահել, ինչը կարեւոր է արագընթաց համակարգերում: Բացի այդ, առաջարկվող մեթոդը համատեղելի է ժամանակակից CMOS- ի արտադրական գործընթացների հետ, ուստի հնարավորություն ունի հեղափոխել optoelectronic- ի ճանապարհը ավանդական սխեմաների մեջ: Սա, իր հերթին, կարող էր ճանապարհ հարթել `զգալի թռիչքների համար մատչելի Ultrafast համակարգչային ցանցերի եւ պատկերապատման տեխնոլոգիայի մեջ: