Teknologji e re e fotodetektorit të hollë të silikonit

Teknologji e re efotodetektor i hollë silikoni
Strukturat e kapjes së fotonit përdoren për të përmirësuar thithjen e dritës në të hollëfotodetektorë silikoni
Sistemet fotonike po fitojnë me shpejtësi tërheqje në shumë aplikacione në zhvillim, duke përfshirë komunikimet optike, ndjerë LIDAR dhe imazhet mjekësore. Sidoqoftë, miratimi i gjerë i fotonikës në zgjidhjet e ardhshme inxhinierike varet nga kostoja e prodhimitfotodetektorë, e cila nga ana tjetër varet kryesisht nga lloji i gjysmëpërçuesit të përdorur për atë qëllim.
Tradicionalisht, silikoni (SI) ka qenë gjysmëpërçuesi më i kudondodhur në industrinë e elektronikës, aq shumë sa që shumica e industrive janë pjekur rreth këtij materiali. Fatkeqësisht, SI ka një koeficient relativisht të dobët të thithjes së dritës në spektrin e afërt infra të kuqe (NIR) në krahasim me gjysmëpërçuesit e tjerë si Gallium Arsenide (GAAS). Për shkak të kësaj, GAAS dhe lidhjet e lidhura po lulëzojnë në aplikimet fotonike, por nuk janë në përputhje me proceset tradicionale të gjysmëpërçuesit të oksidit metalik plotësues (CMOS) të përdorura në prodhimin e shumicës së elektronikës. Kjo çoi në një rritje të mprehtë të kostove të tyre të prodhimit.
Studiuesit kanë hartuar një mënyrë për të përmirësuar shumë thithjen e infra të kuqe në silikon, gjë që mund të çojë në ulje të kostos në pajisjet fotonike me performancë të lartë, dhe një ekip hulumtues i UC Davis po pionieron një strategji të re për të përmirësuar shumë thithjen e dritës në filmat e hollë silikoni. Në punimin e tyre të fundit në Advanced Photonics Nexus, ata demonstrojnë për herë të parë një demonstrim eksperimental të një fotodetektori me bazë silikoni me strukturat mikro-dhe nano-sipërfaqësore që kapin dritën, duke arritur përmirësime të paparë të performancës të krahasueshme me GAAS dhe gjysmëpërçuesit e tjerë të grupit III-V. Fotodetektori përbëhet nga një pjatë silikoni cilindrike cilindrike me micron-trashësi të vendosur në një substrat izolues, me "gishta" metalikë që shtrihet në një modë me gisht gishti nga metali i kontaktit në krye të pllakës. Me rëndësi, silikoni me gunga është i mbushur me vrima rrethore të rregulluara në një model periodik që veprojnë si vende të kapjes së fotonit. Struktura e përgjithshme e pajisjes bën që drita normalisht e incidentit të përkulet me gati 90 ° kur godet sipërfaqen, duke e lejuar atë të përhapet anash përgjatë aeroplanit Si. Këto mënyra të përhapjes anësore rrisin gjatësinë e udhëtimit të dritës dhe e ngadalësojnë atë në mënyrë efektive, duke çuar në më shumë ndërveprime me lëndë të lehta dhe kështu rritën thithjen.
Studiuesit gjithashtu kryen simulime optike dhe analiza teorike për të kuptuar më mirë efektet e strukturave të kapjes së fotonit, dhe kryen disa eksperimente duke krahasuar fotodetektorët me dhe pa to. Ata zbuluan se kapja e fotonit çoi në një përmirësim të ndjeshëm të efikasitetit të thithjes së brezit të gjerë në spektrin NIR, duke qëndruar mbi 68% me një kulm prej 86%. Vlen të përmendet se në brezin e afërt infra të kuqe, koeficienti i thithjes së fotodetektorit të kapjes së fotonit është disa herë më i lartë se ai i silikonit të zakonshëm, duke tejkaluar arsenidin e galiumit. Përveç kësaj, megjithëse modeli i propozuar është për pllaka silikoni të trasha 1 μM, simulimet prej 30 nm dhe 100 nm filma silikoni 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 në zhvillim të fotonikës. Thithja e lartë mund të arrihet edhe në shtresa silikoni ultra të hollë, dhe kapaciteti parazitar i qarkut mund të mbahet i ulët, gjë që është kritike në sistemet me shpejtësi të lartë. Për më tepër, metoda e propozuar është e pajtueshme me proceset moderne të prodhimit CMOS dhe për këtë arsye ka potencialin të revolucionarizojë mënyrën e integrimit të optoelektronikës në qarqet tradicionale. Kjo, nga ana tjetër, mund të hapë rrugën për hapa të konsiderueshëm në rrjetet kompjuterike ultrafastike të përballueshme dhe teknologjinë e imazhit.