Teknoloġija ġdida ta'fotoditekter tas-silikon irqiq
Strutturi tal-qbid tal-fotoni jintużaw biex itejbu l-assorbiment tad-dawl f'partijiet irqaqfotoditekters tas-silikon
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 ta' inġinerija futuri tiddependi fuq l-ispiża tal-manifattura.fotodetetturi, li min-naħa tiegħu jiddependi ħafna mit-tip ta' semikonduttur użat għal dak il-għan.
Tradizzjonalment, is-silikon (Si) kien l-aktar semikonduttur mifrux fl-industrija tal-elettronika, tant li ħafna industriji mmaturaw madwar dan il-materjal. Sfortunatament, is-Si għandu koeffiċjent ta' assorbiment tad-dawl relattivament dgħajjef fl-ispettru tal-infra-aħmar qrib (NIR) meta mqabbel ma' semikondutturi oħra bħall-arseniur tal-gallju (GaAs). Minħabba dan, il-GaAs u l-ligi relatati qed jirnexxu f'applikazzjonijiet fotoniċi iżda mhumiex kompatibbli mal-proċessi tradizzjonali tas-semikondutturi tal-ossidu tal-metall komplementari (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 ħafna l-assorbiment tal-infra-aħmar qrib is-silikon, li jista' jwassal għal tnaqqis fl-ispejjeż f'apparati fotoniċi ta' prestazzjoni għolja, u tim ta' riċerka tal-UC Davis qed ikun pijunier fi strateġija ġdida biex itejjeb ħafna l-assorbiment tad-dawl f'films irqaq tas-silikon. Fl-aħħar dokument tagħhom f'Advanced Photonics Nexus, huma juru għall-ewwel darba dimostrazzjoni sperimentali ta' fotoditekter ibbażat fuq is-silikon bi strutturi tal-wiċċ mikro u nano li jaqbdu d-dawl, u jiksbu titjib fil-prestazzjoni bla preċedent komparabbli ma' GaAs u semikondutturi oħra tal-grupp III-V. Il-fotoditekter jikkonsisti minn pjanċa tas-silikon ċilindrika ħoxna mikron imqiegħda fuq sottostrat iżolanti, b'"swaba'" tal-metall li jestendu f'forma ta' furketta tas-swaba' mill-metall tal-kuntatt fil-parti ta' fuq tal-pjanċa. Importanti, is-silikon b'biċċiet 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, u jippermettilu jippropaga lateralment tul il-pjan Si. Dawn il-modi ta' propagazzjoni laterali jżidu t-tul tal-vjaġġ tad-dawl u effettivament inaqqsuh, u dan iwassal għal aktar interazzjonijiet bejn id-dawl u l-materja u b'hekk għal aktar assorbiment.
Ir-riċerkaturi wettqu wkoll simulazzjonijiet ottiċi u analiżijiet teoretiċi biex jifhmu aħjar l-effetti tal-istrutturi tal-qbid tal-fotoni, u wettqu diversi esperimenti li qabblu l-fotoditekters magħhom u mingħajrhom. Huma sabu li l-qbid tal-fotoni wassal għal titjib sinifikanti fl-effiċjenza tal-assorbiment tal-broadband fl-ispettru NIR, u baqa' 'l fuq minn 68% b'quċċata ta' 86%. Ta' min jinnota li fil-medda tal-infra-aħmar qrib, il-koeffiċjent tal-assorbiment tal-fotoditekter tal-qbid tal-fotoni huwa diversi drabi ogħla minn dak tas-silikon ordinarju, u jaqbeż l-arseniur tal-gallju. Barra minn hekk, għalkemm id-disinn propost huwa għal pjanċi tas-silikon ta' 1μm ħxuna, 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' fotoditekters ibbażati fuq is-silikon f'applikazzjonijiet fotoniċi emerġenti. Assorbiment għoli jista' jinkiseb anke f'saffi tas-silikon ultra-rqaq, 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 jirrivoluzzjona l-mod kif l-optoelettronika hija integrata fiċ-ċirkwiti tradizzjonali. Dan, imbagħad, jista' jwitti t-triq għal qabżiet sostanzjali fin-netwerks tal-kompjuter ultraveloċi u t-teknoloġija tal-immaġini bi prezz raġonevoli.
Ħin tal-posta: 12 ta' Novembru 2024