Teknoloġija ġdida tafotodetector irqiq tas-silikon
L-istrutturi tal-qbid tal-fotoni jintużaw biex itejbu l-assorbiment tad-dawl f'rqiqfotodetetturi tas-silikon
Is-sistemi fotoniċi qed jiksbu trazzjoni malajr f'ħafna applikazzjonijiet emerġenti, inklużi komunikazzjonijiet ottiċi, sensing liDAR, u immaġini mediċi. Madankollu, l-adozzjoni mifruxa tal-fotonika f'soluzzjonijiet futuri ta 'inġinerija tiddependi fuq l-ispiża tal-manifatturafotodetetturi, li min-naħa tiegħu jiddependi ħafna fuq it-tip ta 'semikonduttur użat għal dak il-għan.
Tradizzjonalment, is-silikon (Si) kien l-aktar semikonduttur kullimkien fl-industrija tal-elettronika, tant li ħafna mill-industriji mmaturaw madwar dan il-materjal. Sfortunatament, Si għandu koeffiċjent ta 'assorbiment tad-dawl relattivament dgħajjef fl-ispettru tal-infra-aħmar qrib (NIR) meta mqabbel ma' semikondutturi oħra bħal gallium arsenide (GaAs). Minħabba dan, GaAs u ligi relatati qed jirnexxu fl-applikazzjonijiet fotoniċi iżda mhumiex kompatibbli mal-proċessi tradizzjonali kumplimentari tas-semikondutturi tal-metall-ossidu (CMOS) użati fil-produzzjoni tal-biċċa l-kbira tal-elettronika. Dan wassal għal żieda qawwija fl-ispejjeż tal-manifattura tagħhom.
Ir-riċerkaturi fasslu mod biex itejbu ħafna l-assorbiment tal-infra-aħmar qrib fis-silikon, li jista 'jwassal għal tnaqqis fl-ispejjeż f'apparati fotoniċi ta' prestazzjoni għolja, u tim ta 'riċerka ta' UC Davis qed imexxi strateġija ġdida biex itejjeb ħafna l-assorbiment tad-dawl f'films irqaq tas-silikon. Fl-aħħar karta tagħhom f'Advanced Photonics Nexus, juru għall-ewwel darba dimostrazzjoni sperimentali ta' fotodetector ibbażat fuq is-silikon bi strutturi mikro u nano-wiċċ li jiġbdu d-dawl, li jiksbu titjib fil-prestazzjoni bla preċedent komparabbli ma' GaAs u semikondutturi oħra tal-grupp III-V. . Il-fotodetector jikkonsisti minn pjanċa tas-silikon ċilindrika ħoxna mikron imqiegħda fuq sottostrat iżolanti, b'“swaba” tal-metall li jestendu b'mod ta 'furketta tas-swaba' mill-metall ta 'kuntatt fin-naħa ta' fuq tal-pjanċa. Importanti, is-silikon lumpy huwa mimli b'toqob ċirkolari rranġati f'mudell perjodiku li jaġixxu bħala siti ta 'qbid tal-fotoni. L-istruttura ġenerali tal-apparat tikkawża li d-dawl normalment inċidentali jitgħawweġ bi kważi 90 ° meta jolqot il-wiċċ, li jippermettilu jippropaga lateralment tul il-pjan Si. Dawn il-modi ta ' propagazzjoni laterali iżidu t-tul ta ' l-ivvjaġġar tad-dawl u effettivament jonqsu, li jwasslu għal aktar interazzjonijiet dawl-materja u b'hekk l-assorbiment akbar.
Ir-riċerkaturi wettqu wkoll simulazzjonijiet ottiċi u analiżi teoretiċi biex jifhmu aħjar l-effetti tal-istrutturi tal-qbid tal-fotoni, u wettqu diversi esperimenti li qabblu fotodetectors magħhom u mingħajrhom. Huma sabu li l-qbid tal-fotoni wassal għal titjib sinifikanti fl-effiċjenza tal-assorbiment tal-broadband fl-ispettru NIR, u baqgħu 'l fuq minn 68% b'quċċata ta' 86%. Ta 'min jinnota li fil-faxxa infra-aħmar qrib, il-koeffiċjent ta' assorbiment tal-photon capture photodetector huwa bosta drabi ogħla minn dak tas-silikon ordinarju, jaqbeż l-arsenide tal-gallju. Barra minn hekk, għalkemm id-disinn propost huwa għal pjanċi tas-silikon ħoxnin 1μm, simulazzjonijiet ta 'films tas-silikon ta' 30 nm u 100 nm kompatibbli mal-elettronika CMOS juru prestazzjoni mtejba simili.
B'mod ġenerali, ir-riżultati ta 'dan l-istudju juru strateġija promettenti għat-titjib tal-prestazzjoni ta' fotodetectors ibbażati fuq is-silikon f'applikazzjonijiet fotonika emerġenti. Assorbiment għoli jista 'jinkiseb anke f'saffi ultra-rqaq tas-silikon, u l-kapaċità parassitika taċ-ċirkwit tista' tinżamm baxxa, li hija kritika f'sistemi ta 'veloċità għolja. Barra minn hekk, il-metodu propost huwa kompatibbli mal-proċessi moderni ta 'manifattura CMOS u għalhekk għandu l-potenzjal li jirrevoluzzjona l-mod kif l-optoelectronics huma integrati f'ċirkwiti tradizzjonali. Dan, min-naħa tiegħu, jista 'jwitti t-triq għal qabżiet sostanzjali fin-netwerks tal-kompjuter ultraveloċi affordabbli u t-teknoloġija tal-immaġini.
Ħin tal-post: Nov-12-2024