İnce silikon fotodetektörünün yeni teknolojisi

Yeni teknolojiince silikon fotodetektör
Foton yakalama yapıları, ince olarak ışık emilimini arttırmak için kullanılırSilikon Fotodetektörler
Fotonik sistemler, optik iletişim, lidar algılama ve tıbbi görüntüleme dahil olmak üzere birçok gelişmekte olan uygulamada hızla çekiş kazanıyor. Bununla birlikte, fotoniklerin gelecekteki mühendislik çözümlerinde yaygın olarak benimsenmesi, üretim maliyetine bağlıdır.fotodetektörlerbu da büyük ölçüde bu amaç için kullanılan yarı iletken tipine bağlıdır.
Geleneksel olarak, silikon (SI) elektronik endüstrisindeki en yaygın yarı iletken olmuştur, böylece çoğu endüstri bu materyalde olgunlaşmıştır. Ne yazık ki, SI, Galyum Arsenit (GAAS) gibi diğer yarı iletkenlere kıyasla yakın kızılötesi (NIR) spektrumunda nispeten zayıf bir ışık emme katsayısına sahiptir. Bu nedenle, gaAs ve ilgili alaşımlar fotonik uygulamalarda gelişmektedir, ancak çoğu elektronik üretiminde kullanılan geleneksel tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) süreçleriyle uyumlu değildir. Bu, üretim maliyetlerinde keskin bir artışa yol açtı.
Araştırmacılar, silikonda yakın kızılötesi emilimi büyük ölçüde artırmanın bir yolu geliştirdiler, bu da yüksek performanslı fotonik cihazlarda maliyet azaltımlarına 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, ilk kez, hafif yakalama mikro ve nano yüzey yapılarına sahip silikon bazlı bir fotodetektörün deneysel bir gösterisini, GAAS ve diğer III-V grubu semikondüktörleriyle karşılaştırılabilir eşi görülmemiş performans iyileştirmeleri sağlayarak gösteriyorlar. Fotodetektör, bir yalıtım substratı üzerine yerleştirilmiş bir mikron kalınlığında silindirik silikon plakadan oluşur ve metal “parmaklar”, plakanın üst kısmındaki temas metalinden parmak yumurtası tarzında uzanır. Önemli olarak, topaklı silikon, foton yakalama yerleri olarak işlev gören periyodik bir desenle düzenlenmiş dairesel deliklerle doldurulur. Cihazın genel yapısı, yüzeye çarptığında normal olay ışığının yaklaşık 90 ° bükülmesine neden olur ve SI düzlemi boyunca yanal olarak yayılmasına izin verir. Bu yanal yayılma modları, ışığın hareketinin uzunluğunu arttırır ve etkili bir şekilde yavaşlatır, bu da daha fazla ışık maddesi etkileşimlerine ve böylece emilimin artmasına neden olur.
Araştırmacılar ayrıca foton yakalama yapılarının etkilerini daha iyi anlamak için optik simülasyonlar ve teorik analizler gerçekleştirdiler ve fotodetektörleri bunlarla ve onlarsız karşılaştıran birkaç deney gerçekleştirdiler. Foton yakalamanın NIR spektrumunda geniş bant emilim verimliliğinde önemli bir iyileşmeye yol açtığını ve% 86'lık bir zirve ile% 68'in üzerinde kaldığını buldular. Yakın kızılötesi bantta, foton yakalama fotodetektörünün emilim katsayısının, galyum arseniti aşan sıradan silikondan birkaç kat daha yüksek olduğunu belirtmek gerekir. Ek olarak, önerilen tasarım 1μm kalınlığında silikon plakalar için olmasına rağmen, CMOS elektroniği ile uyumlu 30 nm ve 100 nm silikon film simülasyonları benzer gelişmiş performans gösterir.
Genel olarak, bu çalışmanın sonuçları, gelişmekte olan fotonik uygulamalarda silikon tabanlı fotodetektörlerin performansını artırmak için umut verici bir strateji göstermektedir. Yüksek emilim ultra ince silikon tabakalarda bile elde edilebilir ve devrenin parazitik kapasitansı düşük tutulabilir, bu da yüksek hızlı sistemlerde kritiktir. Buna ek olarak, önerilen yöntem modern CMOS üretim süreçleri ile uyumludur ve bu nedenle optoelektroniklerin geleneksel devrelere entegre olma şeklinde devrim yapma potansiyeline sahiptir. Bu da, uygun fiyatlı ultra hızlı bilgisayar ağlarında ve görüntüleme teknolojisinde önemli sıçramaların yolunu açabilir.