Yeni teknolojiince silikon fotodetektör
İnce malzemelerde ışık emilimini arttırmak için foton yakalama yapıları kullanılır.silikon fotodedektörler
Fotonik sistemler, optik iletişim, liDAR algılama ve tıbbi görüntüleme dahil olmak üzere yeni ortaya çıkan birçok uygulamada hızla ilgi görüyor. Bununla birlikte, gelecekteki mühendislik çözümlerinde fotoniğin yaygın biçimde benimsenmesi, üretim maliyetine bağlıdır.fotodedektörlerBu da büyük ölçüde bu amaç için kullanılan yarı iletkenin türüne bağlıdır.
Geleneksel olarak silikon (Si), elektronik endüstrisinde en yaygın kullanılan yarı iletken olmuştur, öyle ki çoğu endüstri bu malzeme etrafında olgunlaşmıştır. Ne yazık ki Si, galyum arsenit (GaAs) gibi diğer yarı iletkenlerle karşılaştırıldığında yakın kızılötesi (NIR) spektrumunda nispeten zayıf bir ışık emme katsayısına sahiptir. Bu nedenle, GaAs ve ilgili alaşımlar fotonik uygulamalarda yaygınlaşmaktadır ancak çoğu elektronik ürünün üretiminde kullanılan geleneksel tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) işlemleriyle uyumlu değildir. Bu da üretim maliyetlerinde keskin bir artışa yol açtı.
Araştırmacılar, silikondaki yakın kızılötesi emilimini büyük ölçüde artıracak bir yol tasarladılar; bu, yüksek performanslı fotonik cihazlarda maliyet düşüşlerine yol açabilir ve UC Davis araştırma ekibi, silikon ince filmlerde ışık emilimini büyük ölçüde artıracak yeni bir stratejiye öncülük ediyor. Advanced Photonics Nexus'taki son makalelerinde, GaAs ve diğer III-V grubu yarı iletkenlerle karşılaştırılabilecek benzeri görülmemiş performans iyileştirmeleri sağlayan, ışığı yakalayan mikro ve nano yüzey yapılarına sahip silikon bazlı bir fotodetektörün deneysel gösterimini ilk kez sergiliyorlar. . Fotodedektör, yalıtkan bir alt tabaka üzerine yerleştirilmiş mikron kalınlığında silindirik bir silikon plakadan oluşur ve metal "parmaklar" plakanın üst kısmındaki temas metalinden parmak çatalı şeklinde uzanır. Daha da önemlisi, topaklı silikon, foton yakalama bölgeleri olarak görev yapan periyodik bir düzende düzenlenmiş dairesel deliklerle doldurulur. Cihazın genel yapısı, normalde gelen ışığın yüzeye çarptığında yaklaşık 90° bükülmesine neden olarak Si düzlemi boyunca yanal olarak yayılmasına olanak tanır. Bu yanal yayılma modları, ışığın seyahat uzunluğunu arttırır ve etkili bir şekilde yavaşlatır, daha fazla ışık-madde etkileşimine ve dolayısıyla emilimin artmasına yol açar.
Araştırmacılar ayrıca foton yakalama yapılarının etkilerini daha iyi anlamak için optik simülasyonlar ve teorik analizler gerçekleştirdiler ve fotodetektörleri bunlarla birlikte ve bunlar olmadan karşılaştıran çeşitli deneyler gerçekleştirdiler. Foton yakalamanın, NIR spektrumunda geniş bant absorpsiyon verimliliğinde önemli bir iyileşmeye yol açtığını ve %86'lık bir zirve ile %68'in üzerinde kaldığını buldular. Yakın kızılötesi bantta, foton yakalama fotodetektörünün emme katsayısının, galyum arseniti aşan sıradan silikonunkinden birkaç kat daha yüksek olduğunu belirtmekte fayda var. Ek olarak, önerilen tasarım 1μm kalınlığındaki silikon plakalar için olmasına rağmen, CMOS elektronikleriyle uyumlu 30 nm ve 100 nm silikon filmlerin simülasyonları benzer gelişmiş performans göstermektedir.
Genel olarak, bu çalışmanın sonuçları, yeni ortaya çıkan fotonik uygulamalarda silikon bazlı fotodetektörlerin performansını artırmak için umut verici bir strateji ortaya koymaktadır. Ultra ince silikon katmanlarda bile yüksek emilim sağlanabiliyor ve yüksek hızlı sistemlerde kritik olan devrenin parazitik kapasitansı düşük tutulabiliyor. Ayrıca önerilen yöntem, modern CMOS üretim süreçleriyle uyumludur ve bu nedenle optoelektroniğin geleneksel devrelere entegre edilmesinde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Bu da uygun fiyatlı ultra hızlı bilgisayar ağlarında ve görüntüleme teknolojisinde önemli atılımların önünü açabilir.
Gönderim zamanı: Kasım-12-2024