Teknoloġija ġdida ta 'fotodetettur tas-silikon irqiq

Teknoloġija ġdida ta 'Photodetector irqiq tas-silikon
Strutturi tal-qbid tal-fotoni jintużaw biex itejbu l-assorbiment tad-dawl b'mod irqiqFotodetetturi tas-silikon
Is-sistemi fotoniċi qed jiksbu trazzjoni malajr f'ħafna applikazzjonijiet emerġenti, inklużi komunikazzjonijiet ottiċi, sensing tal-lidar, u immaġini mediċi. Madankollu, l-adozzjoni mifruxa ta 'fotonika f'soluzzjonijiet ta' inġinerija futuri tiddependi fuq l-ispiża tal-manifatturafotodetetturi, li min-naħa tiegħu jiddependi ħafna fuq it-tip ta 'semikonduttur użat għal dak l-iskop.
Tradizzjonalment, is-silikon (SI) kien l-iktar semikonduttur kullimkien fl-industrija tal-elettronika, tant li ħafna industriji mmaturaw madwar dan il-materjal. Sfortunatament, SI għandu koeffiċjent ta 'assorbiment tad-dawl relattivament dgħajjef fl-ispettru infra-aħmar (NIR) qarib meta mqabbel ma' semikondutturi oħra bħall-gallju arsenide (GAAs). Minħabba dan, l-GAAs u l-ligi relatati huma b'saħħithom f'applikazzjonijiet fotoniċi iżda mhumiex kompatibbli mal-proċessi tradizzjonali tas-semikondutturi tal-metall komplementari tal-metall (CMOS) użati fil-produzzjoni tal-biċċa l-kbira tal-elettronika. Dan wassal għal żieda qawwija fl-ispejjeż tal-manifattura tagħhom.
Ir-riċerkaturi fasslu mod kif itejbu bil-kbir l-assorbiment ta 'infra-aħmar kważi fis-silikon, li jista' jwassal għal tnaqqis fl-ispejjeż f'apparat fotoniku ta 'prestazzjoni għolja, u tim ta' riċerka tal-UC Davis qed pijunier ta 'strateġija ġdida biex ittejjeb ħafna l-assorbiment tad-dawl fil-films irqaq tas-silikon. Fl-aħħar dokument tagħhom fil-Advanced Photonics Nexus, huma juru għall-ewwel darba dimostrazzjoni sperimentali ta 'fotodetettur ibbażat fuq is-silikon bi strutturi mikro-qabda ħafifa - u nano-superface, li jiksbu titjib mingħajr preċedent tal-prestazzjoni komparabbli ma' GAAs u semikondutturi oħra tal-grupp III-V. Il-fotodetettur jikkonsisti minn pjanċa tas-silikon ċilindriku ta 'mikron-oħxon imqiegħed fuq sottostrat iżolanti, b' "swaba 'tal-metall li jestendi b'mod tal-furketta tas-swaba' mill-metall ta 'kuntatt fil-parti ta' fuq tal-pjanċa. Importanti li s-silikon mimli huwa mimli b'toqob ċirkulari rranġati f'disinn perjodiku li jaġixxu bħala siti ta 'qbid tal-fotoni. L-istruttura ġenerali tal-apparat tikkawża li d-dawl normalment inċident jitgħawweġ bi kważi 90 ° meta jolqot il-wiċċ, li jippermettilha tinfirex lateralment tul il-pjan SI. Dawn il-modi ta 'propagazzjoni laterali jżidu t-tul ta' l-ivvjaġġar tad-dawl u jnaqqsu b'mod effettiv, u jwasslu għal interazzjonijiet aktar ta 'dawl ħafif u b'hekk żiedu l-assorbiment.
Ir-riċerkaturi wettqu wkoll simulazzjonijiet ottiċi u analiżi teoretiċi biex jifhmu aħjar l-effetti ta 'strutturi ta' qbid ta 'fotoni, u wettqu diversi esperimenti li jqabblu fotodetetturi ma' u mingħajrhom. Huma sabu li l-qbid tal-fotoni wassal għal titjib sinifikanti fl-effiċjenza tal-assorbiment tal-broadband fl-ispettru NIR, li joqogħdu 'l fuq minn 68% bil-quċċata ta '86%. Ta 'min jinnota li fil-medda infra-aħmar qarib, il-koeffiċjent ta' assorbiment tal-fotodetettur tal-qbid tal-fotoni huwa bosta drabi ogħla minn dak tas-silikon ordinarju, li jaqbeż l-arsenidu tal-gallju. Barra minn hekk, għalkemm id-disinn propost huwa għal pjanċi tas-silikon ħoxnin ta '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' fotodetetturi bbażati fuq is-silikon f'applikazzjonijiet fotoniċi emerġenti. Assorbiment għoli jista 'jinkiseb anke f'saffi tas-silikon ultra-irqaq, u l-kapaċitanza 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 tal-manifattura tas-CMOS u għalhekk għandu l-potenzjal li jirrevoluzzjona l-mod kif l-optoelectronics huma integrati fiċ-ċirkwiti tradizzjonali. Dan, min-naħa tiegħu, jista 'jwitti t-triq għal qabżiet sostanzjali f'netwerks tal-kompjuter ultraveljar bi prezz raġonevoli u teknoloġija tal-immaġini.