Teknologjia e re efotodetektor i hollë silikoni
Strukturat e kapjes së fotoneve përdoren për të rritur thithjen e dritës në shtresat e holla.fotodetektorë silikoni
Sistemet fotonike po fitojnë me shpejtësi terren në shumë aplikime në zhvillim, duke përfshirë komunikimet optike, sensorët liDAR dhe imazherinë mjekësore. Megjithatë, përdorimi i gjerë i fotonikës në zgjidhjet e ardhshme inxhinierike varet nga kostoja e prodhimit.fotodetektorë, e cila nga ana tjetër varet kryesisht nga lloji i gjysmëpërçuesit të përdorur për atë qëllim.
Tradicionalisht, silici (Si) ka qenë gjysmëpërçuesi më i kudondodhur në industrinë e elektronikës, aq sa shumica e industrive janë zhvilluar rreth këtij materiali. Fatkeqësisht, Si ka një koeficient relativisht të dobët të thithjes së dritës në spektrin e afërt infra të kuq (NIR) krahasuar me gjysmëpërçues të tjerë si arsenuri i galiumit (GaAs). Për shkak të kësaj, GaAs dhe lidhjet e lidhura me të po lulëzojnë në aplikimet fotonike, por nuk janë të pajtueshme me proceset tradicionale plotësuese të gjysmëpërçuesve metal-oksid (CMOS) të përdorura në prodhimin e shumicës së elektronikës. Kjo çoi në një rritje të ndjeshme të kostove të tyre të prodhimit.
Studiuesit kanë hartuar një mënyrë për të përmirësuar ndjeshëm thithjen afër infra të kuqe në silikon, gjë që mund të çojë në ulje të kostos në pajisjet fotonike me performancë të lartë, dhe një ekip kërkimor i UC Davis është pionier i një strategjie të re për të përmirësuar ndjeshëm thithjen e dritës në filmat e hollë të silikonit. Në punimin e tyre të fundit në Advanced Photonics Nexus, ata demonstrojnë për herë të parë një demonstrim eksperimental të një fotodetektori të bazuar në silikon me struktura mikro dhe nano-sipërfaqësore që kapin dritën, duke arritur përmirësime të papara të performancës të krahasueshme me GaAs dhe gjysmëpërçues të tjerë të grupit III-V. Fotodetektori përbëhet nga një pllakë silikoni cilindrike me trashësi mikroni të vendosur në një substrat izolues, me "gishta" metalikë që shtrihen në një mënyrë piruni gishtash nga metali i kontaktit në majë të pllakës. Është e rëndësishme të theksohet se silikoni i trashë është i mbushur me vrima rrethore të rregulluara në një model periodik që veprojnë si vende kapjeje fotonesh. Struktura e përgjithshme e pajisjes bën që drita normale incidente të përkulet me gati 90° kur godet sipërfaqen, duke e lejuar atë të përhapet anash përgjatë planit Si. Këto mënyra përhapjeje anësore rrisin gjatësinë e udhëtimit të dritës dhe e ngadalësojnë atë në mënyrë efektive, duke çuar në më shumë ndërveprime dritë-materie dhe kështu në rritje të thithjes.
Studiuesit kryen gjithashtu simulime optike dhe analiza teorike për të kuptuar më mirë efektet e strukturave të kapjes së fotoneve, dhe kryen disa eksperimente duke krahasuar fotodetektorët me dhe pa to. Ata zbuluan se kapja e fotoneve çoi në një përmirësim të ndjeshëm në efikasitetin e përthithjes me brez të gjerë në spektrin NIR, duke qëndruar mbi 68% me një kulm prej 86%. Vlen të përmendet se në brezin e afërt infra të kuq, koeficienti i përthithjes së fotodetektorit të kapjes së fotoneve është disa herë më i lartë se ai i silikonit të zakonshëm, duke tejkaluar arsenurin e galiumit. Përveç kësaj, megjithëse dizajni i propozuar është për pllaka silikoni me trashësi 1μm, simulimet e filmave të silikonit 30 nm dhe 100 nm të pajtueshëm me elektronikën CMOS tregojnë performancë të ngjashme të përmirësuar.
Në përgjithësi, rezultatet e këtij studimi demonstrojnë një strategji premtuese për përmirësimin e performancës së fotodetektorëve me bazë silikoni në aplikimet e reja të fotonikës. Thithja e lartë mund të arrihet edhe në shtresa ultra të holla silikoni, dhe kapaciteti parazitar i qarkut mund të mbahet i ulët, gjë që është kritike në sistemet me shpejtësi të lartë. Përveç kësaj, metoda e propozuar është e pajtueshme me proceset moderne të prodhimit CMOS dhe për këtë arsye ka potencialin të revolucionarizojë mënyrën se si optoelektronika integrohet në qarqet tradicionale. Kjo, nga ana tjetër, mund të hapë rrugën për hapa të konsiderueshëm në rrjetet kompjuterike ultra të shpejta dhe teknologjinë e imazhit me çmime të përballueshme.
Koha e postimit: 12 nëntor 2024