Yeni teknolojiince silikon fotodedektör
Foton yakalama yapıları ince ışık emilimini artırmak için kullanılırsilikon fotodedektörler
Fotonik sistemler, optik iletişim, liDAR algılama ve tıbbi görüntüleme dahil olmak üzere birçok yeni uygulamada hızla ilgi görüyor. Ancak, gelecekteki mühendislik çözümlerinde fotoniklerin yaygın olarak benimsenmesi, üretim maliyetine bağlıdırfotodedektörlerBu da büyük ölçüde bu amaç için kullanılan yarı iletken türüne bağlıdır.
Geleneksel olarak, silikon (Si) elektronik endüstrisinde en yaygın yarı iletken olmuştur, öyle ki çoğu endüstri bu malzeme etrafında olgunlaşmıştır. Ne yazık ki, Si, galyum arsenit (GaAs) gibi diğer yarı iletkenlere kıyasla yakın kızılötesi (NIR) spektrumunda nispeten zayıf bir ışık emilim katsayısına sahiptir. Bu nedenle, GaAs ve ilgili alaşımlar fotonik uygulamalarda gelişmektedir ancak çoğu elektronikte kullanılan geleneksel tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) süreçleriyle uyumlu değildir. Bu, üretim maliyetlerinde keskin bir artışa yol açmıştır.
Araştırmacılar, silikondaki yakın-kızılötesi emilimi büyük ölçüde artırmanın bir yolunu geliştirdiler, bu da yüksek performanslı fotonik cihazlarda maliyet düşüşlerine yol açabilir ve bir UC Davis araştırma ekibi, silikon ince filmlerde ışık emilimini büyük ölçüde iyileştirmek için yeni bir stratejiye öncülük ediyor. Advanced Photonics Nexus'taki son makalelerinde, GaAs ve diğer III-V grubu yarı iletkenlerle karşılaştırılabilir benzeri görülmemiş performans iyileştirmeleri elde ederek, ışık yakalayan mikro ve nano yüzey yapılarına sahip silikon tabanlı bir fotodetektörün deneysel bir gösterimini ilk kez gösteriyorlar. Fotodetektör, yalıtkan bir alt tabaka üzerine yerleştirilmiş, metal "parmakların" plakanın tepesindeki temas metalinden çatal parmak şeklinde uzandığı mikron kalınlığında silindirik bir silikon plakadan oluşur. Önemlisi, topaklı silikon, foton yakalama noktaları olarak hareket eden periyodik bir düzende düzenlenmiş dairesel deliklerle doludur. Cihazın genel yapısı, normalde gelen ışığın yüzeye çarptığında yaklaşık 90° bükülmesine neden olur ve bu da Si düzlemi boyunca yanal olarak yayılmasına olanak tanır. Bu yanal yayılma modları ışığın seyahat uzunluğunu artırır ve onu etkili bir şekilde yavaşlatır, bu da daha fazla ışık-madde etkileşimine ve dolayısıyla artan emilime yol açar.
Araştırmacılar ayrıca foton yakalama yapılarının etkilerini daha iyi anlamak için optik simülasyonlar ve teorik analizler yürüttüler ve fotodedektörleri fotodedektörlerle ve fotodedektörsüz olarak karşılaştıran birkaç deney gerçekleştirdiler. Foton yakalamanın NIR spektrumunda geniş bant emilim verimliliğinde %86'lık bir tepe noktasıyla %68'in üzerinde kalarak önemli bir iyileşmeye yol açtığını buldular. Yakın kızılötesi bantta foton yakalama fotodedektörünün emilim katsayısının sıradan silikondan birkaç kat daha yüksek olduğunu ve galyum arsenitini aştığını belirtmekte fayda var. Ayrıca, önerilen tasarım 1μm kalınlığındaki silikon plakalar için olmasına rağmen, CMOS elektroniğiyle uyumlu 30 nm ve 100 nm silikon filmlerin simülasyonları benzer şekilde gelişmiş performans göstermektedir.
Genel olarak, bu çalışmanın sonuçları, ortaya çıkan fotonik uygulamalarında silikon tabanlı fotodedektörlerin performansını iyileştirmek için umut verici bir strateji göstermektedir. Ultra ince silikon katmanlarında bile yüksek emilim elde edilebilir ve devrenin parazitik kapasitansı düşük tutulabilir, bu da yüksek hızlı sistemlerde kritiktir. Ayrıca, önerilen yöntem modern CMOS üretim süreçleriyle uyumludur ve bu nedenle optoelektroniklerin geleneksel devrelere entegre edilme biçiminde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Bu da, uygun fiyatlı ultra hızlı bilgisayar ağları ve görüntüleme teknolojisinde önemli sıçramaların önünü açabilir.
Yayın zamanı: 12-Kas-2024