Jauna plāna silīcija fotodetora tehnoloģija

Jauna tehnoloģijaplāns silīcija fotodetektors
Fotonu uztveršanas struktūras tiek izmantotas, lai uzlabotu gaismas absorbciju plānāsilīcija fotodetektori
Fotoniskās sistēmas strauji iegūst vilci daudzos jaunos lietojumos, ieskaitot optisko sakaru, LiDar sensoru un medicīnisko attēlveidošanu. Tomēr plaši izplatītā fotonikas ieviešana turpmākajos inženiertehniskajos risinājumos ir atkarīga no ražošanas izmaksāmfotodetektori, kas savukārt lielā mērā ir atkarīgs no šī nolūkā izmantotā pusvadītāja veida.
Tradicionāli silīcijs (SI) ir bijis visuresošākais pusvadītājs elektronikas nozarē, tik daudz, ka vairums nozaru ir nobrieduši ap šo materiālu. Diemžēl SI ir salīdzinoši vāja gaismas absorbcijas koeficients tuvās infrasarkanā (NIR) spektrā, salīdzinot ar citiem pusvadītājiem, piemēram, gallija arsenīda (GaAs). Tādēļ GaAs un ar to saistītie sakausējumi ir plaukstoši fotoniskos lietojumos, bet nav savietojami ar tradicionālajiem komplementārajiem metāla oksīda pusvadītāju (CMOS) procesiem, ko izmanto vairuma elektronikas ražošanā. Tas izraisīja strauju viņu ražošanas izmaksu pieaugumu.
Pētnieki ir izstrādājuši veidu, kā ievērojami pastiprināt tuvu infrasarkano absorbciju silīcija, kas varētu izraisīt augstas veiktspējas fotonisko ierīču izmaksu samazinājumu, un UC Davis pētījumu grupa ir jaunas stratēģijas, lai ievērojami uzlabotu gaismas absorbciju silīcija plānās filmās. Savā jaunākajā dokumentā Advanced Photonics Nexus viņi pirmo reizi demonstrē eksperimentālu demonstrāciju, kas balstīts uz silīcija bāzes fotodetektors ar gaismas uzņemšanu mikro-un nano-virsmas struktūru, panākot nepieredzētus veiktspējas uzlabojumus, kas salīdzināmi ar GaAs un citiem III-V grupas pusvadītājiem Apvidū Fotodetektors sastāv no mikronu biezas cilindriskas silīcija plāksnes, kas novietota uz izolācijas pamatnes, ar metāla “pirkstiem”, kas stiepjas ar pirkstu destilāciju no kontakta metāla plāksnes augšpusē. Svarīgi ir tas, ka vienreizējais silīcijs ir piepildīts ar apļveida caurumiem, kas izvietoti periodiskā modelī, kas darbojas kā fotonu uztveršanas vietas. Ierīces kopējā struktūra izraisa normāli negaidīto gaismas saliekšanu gandrīz par 90 °, kad tā nonāk virsū, ļaujot tai izplatīties sāniski gar SI plakni. Šie sānu izplatīšanās režīmi palielina gaismas ceļojuma garumu un efektīvi palēnina to, izraisot lielāku gaismas mijiedarbību un tādējādi palielinot absorbciju.
Pētnieki arī veica optiskās simulācijas un teorētiskās analīzes, lai labāk izprastu fotonu uztveršanas struktūru ietekmi, un veica vairākus eksperimentus, salīdzinot fotodetektorus ar un bez tām. Viņi atklāja, ka fotonu uztveršana ievērojami uzlaboja platjoslas absorbcijas efektivitāti NIR spektrā, paliekot virs 68% ar maksimumu 86%. Ir vērts atzīmēt, ka gandrīz infrasarkanajā joslā fotonu uztveršanas fotodetektora absorbcijas koeficients ir vairākas reizes lielāks nekā parastais silīcija, pārsniedzot gallija arsenīdu. Turklāt, kaut arī piedāvātais dizains ir paredzēts 1 μm biezām silīcija plāksnēm, simulācijas ar 30 nm un 100 nm silīcija plēvēm, kas ir saderīgas ar CMOS elektroniku, parāda līdzīgu uzlabotu veiktspēju.
Kopumā šī pētījuma rezultāti parāda daudzsološu stratēģiju, lai uzlabotu silīcija bāzes fotodetektoru veiktspēju jaunās fotonikas lietojumprogrammās. Augstu absorbciju var sasniegt pat īpaši plānos silīcija slāņos, un ķēdes parazītu kapacitāti var saglabāt zemu, kas ir kritisks ātrgaitas sistēmās. Turklāt piedāvātā metode ir saderīga ar mūsdienu CMOS ražošanas procesiem, un tāpēc tai ir potenciāls revolucionizēt veidu, kā optoelektronika tiek integrēta tradicionālajās shēmās. Tas, savukārt, varētu bruģēt ceļu uz ievērojamiem lēcieniem pieejamos ultraātiskos datortīklos un attēlveidošanas tehnoloģijā.