Teknologjia e re efotodetektor i hollë silikoni
Strukturat e kapjes së fotonit përdoren për të rritur thithjen e dritës në hollëfotodetektorë silikoni
Sistemet fotonike po fitojnë me shpejtësi tërheqje në shumë aplikacione në zhvillim, duke përfshirë komunikimet optike, sensorin liDAR dhe imazhet mjekësore. Megjithatë, 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 që përdoret për atë qëllim.
Tradicionalisht, silici (Si) ka qenë gjysmëpërçuesi më i përhapur në industrinë e elektronikës, aq sa shumica e industrive janë pjekur rreth këtij materiali. Fatkeqësisht, Si ka një koeficient relativisht të dobët të përthithjes së dritës në spektrin e afërt infra të kuqe (NIR) në krahasim me gjysmëpërçuesit e tjerë si arsenidi i galiumit (GaAs). Për shkak të kësaj, GaAs dhe lidhjet e lidhura me to po lulëzojnë në aplikimet fotonike, por nuk janë në përputhje me proceset tradicionale gjysmëpërçuese të oksidit metalik (CMOS) të përdorura në prodhimin e shumicës së elektronikës. Kjo çoi në një rritje të mprehtë të kostove të prodhimit të tyre.
Studiuesit kanë shpikur një mënyrë për të rritur në masë të madhe 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 me bazë silikoni me struktura mikro dhe nano-sipërfaqe që kapin dritën, duke arritur përmirësime të paprecedentë të performancës të krahasueshme me GaAs dhe gjysmëpërçues të tjerë të grupit III-V. . Fotodetektori përbëhet nga një pllakë cilindrike silikoni me trashësi mikron, e vendosur në një nënshtresë izoluese, me "gishtat" metalikë që shtrihen në një formë piruni gishti nga metali i kontaktit në pjesën e sipërme të pllakës. E rëndësishmja, silikoni me gunga është i mbushur me vrima rrethore të rregulluara në një model periodik që veprojnë si vende të kapjes së fotoneve. Struktura e përgjithshme e pajisjes bën që drita e rënë normalisht të përkulet me gati 90° kur godet sipërfaqen, duke e lejuar atë të përhapet anash përgjatë planit Si. Këto mënyra të përhapjes anësore rrisin gjatësinë e udhëtimit të dritës dhe në mënyrë efektive e ngadalësojnë atë, duke çuar në më shumë ndërveprime të lëndës dritë dhe në këtë mënyrë në rritjen e përthithjes.
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 absorbimit të 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 përthithjes së fotodetektorit të kapjes së fotonit është disa herë më i lartë se ai i silikonit të zakonshëm, duke tejkaluar arsenidin e galiumit. Për më tepër, megjithëse dizajni i propozuar është për pllaka silikoni me trashësi 1μm, simulimet e filmave të silikonit 30 nm dhe 100 nm të pajtueshme 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 aplikacionet e fotonikës në zhvillim. Absorbimi i lartë mund të arrihet edhe në shtresat ultra të holla të silikonit 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 në përputhje 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 mëdhenj në rrjetet kompjuterike ultra të shpejta të përballueshme dhe teknologjinë e imazhit.
Koha e postimit: Nëntor-12-2024