Jauna plāna silīcija fotodetektora tehnoloģija

Jauna tehnoloģijaplāns silīcija fotodetektors
Fotonu uztveršanas struktūras tiek izmantotas, lai uzlabotu gaismas absorbciju plānās slāņos.silīcija fotodetektori
Fotoniskās sistēmas strauji iegūst popularitāti daudzās jaunās lietojumprogrammās, tostarp optiskajā sakaros, liDAR uztveršanā un medicīniskajā attēlveidošanā. Tomēr plaša fotonikas ieviešana nākotnes inženiertehniskajos risinājumos ir atkarīga no ražošanas izmaksām.fotodetektori, kas savukārt lielā mērā ir atkarīgs no šim nolūkam izmantotā pusvadītāja veida.
Tradicionāli silīcijs (Si) ir bijis visizplatītākais pusvadītājs elektronikas rūpniecībā, tik ļoti, ka lielākā daļa nozaru ir attīstījušās ap šo materiālu. Diemžēl Si ir relatīvi vājš gaismas absorbcijas koeficients tuvajā infrasarkanajā (NIR) spektrā, salīdzinot ar citiem pusvadītājiem, piemēram, gallija arsenīdu (GaAs). Šī iemesla dēļ GaAs un saistītie sakausējumi plaukst fotonikas pielietojumos, taču nav saderīgi ar tradicionālajiem komplementārajiem metālu oksīdu pusvadītāju (CMOS) procesiem, ko izmanto lielākās daļas elektronikas ražošanā. Tas izraisīja strauju to ražošanas izmaksu pieaugumu.
Pētnieki ir izstrādājuši veidu, kā ievērojami uzlabot tuvā infrasarkanā starojuma absorbciju silīcijā, kas varētu samazināt augstas veiktspējas fotonisko ierīču izmaksas, un Kalifornijas Universitātes Deivisa pētnieku komanda ir pioniers jaunā stratēģijā, lai ievērojami uzlabotu gaismas absorbciju silīcija plānajās plēvēs. Savā jaunākajā rakstā Advanced Photonics Nexus viņi pirmo reizi demonstrē eksperimentālu silīcija fotodetektora demonstrāciju ar gaismu uztverošām mikro- un nanovirsmas struktūrām, sasniedzot nepieredzētus veiktspējas uzlabojumus, kas ir salīdzināmi ar GaAs un citiem III-V grupas pusvadītājiem. Fotodetektors sastāv no mikronu biezas cilindriskas silīcija plāksnes, kas novietota uz izolējoša substrāta, ar metāla "pirkstiem", kas pirkstu dakšas veidā stiepjas no kontakta metāla plāksnes augšpusē. Svarīgi ir tas, ka kunkuļainais silīcijs ir piepildīts ar apļveida caurumiem, kas izvietoti periodiskā rakstā un darbojas kā fotonu uztveršanas vietas. Ierīces kopējā struktūra izraisa parasti krītošās gaismas saliekšanos gandrīz par 90°, kad tā skar virsmu, ļaujot tai izplatīties sāniski pa Si plakni. Šie sānu izplatīšanās režīmi palielina gaismas ceļa garumu un efektīvi to palēnina, kā rezultātā palielinās gaismas un matērijas mijiedarbība un tādējādi palielinās absorbcija.
Pētnieki veica arī 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, saglabājoties virs 68% ar maksimumu 86%. Jāatzīmē, ka tuvajā infrasarkanajā joslā fotonu uztveršanas fotodetektora absorbcijas koeficients ir vairākas reizes lielāks nekā parastajam silīcijam, pārsniedzot gallija arsenīda absorbcijas koeficientu. Turklāt, lai gan ierosinātais dizains ir paredzēts 1 μm biezām silīcija plāksnēm, 30 nm un 100 nm silīcija plēvju simulācijas, kas ir saderīgas ar CMOS elektroniku, uzrāda līdzīgu uzlabotu veiktspēju.
Kopumā šī pētījuma rezultāti demonstrē daudzsološu stratēģiju silīcija bāzes fotodetektoru veiktspējas uzlabošanai jaunajos fotonikas pielietojumos. Augstu absorbciju var panākt pat īpaši plānos silīcija slāņos, un shēmas parazitāro kapacitāti var uzturēt zemu, kas ir kritiski svarīgi ātrdarbīgās sistēmās. Turklāt piedāvātā metode ir saderīga ar mūsdienu CMOS ražošanas procesiem un tāpēc tai ir potenciāls revolucionizēt optoelektronikas integrēšanas veidu tradicionālajās shēmās. Tas, savukārt, varētu pavērt ceļu ievērojamiem lēcieniem pieejamu īpaši ātru datoru tīklu un attēlveidošanas tehnoloģiju jomā.