Nova teknologio demaldika silicia fotodetektilo
Fotonkaptaj strukturoj estas uzataj por plifortigi malpezan sorbadon en maldikasiliciaj fotodetektiloj
Fotonaj sistemoj rapide akiras tiradon en multaj emerĝantaj aplikoj, inkluzive de optikaj komunikadoj, liDAR-sentado kaj medicina bildigo. Tamen, la ĝeneraligita adopto de fotoniko en estontaj inĝenieristiksolvoj dependas de la kosto de fabrikado.fotodetektiloj, kiu siavice dependas plejparte de la speco de duonkonduktaĵo uzita tiucele.
Tradicie, silicio (Si) estis la plej ĉiea duonkonduktaĵo en la elektronika industrio, tiom ke la plej multaj industrioj maturiĝis ĉirkaŭ ĉi tiu materialo. Bedaŭrinde, Si havas relative malfortan lumsorbadkoeficienton en la proksima infraruĝa (NIR) spektro komparite kun aliaj duonkonduktaĵoj kiel ekzemple galiumarsenido (GaAs). Pro tio, GaAs kaj rilataj alojoj prosperas en fotonaj aplikoj sed ne estas kongruaj kun la tradiciaj komplementaj metal-oksidaj semikonduktaĵoj (CMOS) procezoj uzitaj en la produktado de la plej multaj elektroniko. Ĉi tio kaŭzis akran kreskon de iliaj produktadkostoj.
Esploristoj elpensis manieron multe plibonigi la preskaŭ-infraruĝan sorbadon en silicio, kio povus konduki al kostoreduktoj en alt-efikecaj fotonaj aparatoj, kaj esplorteamo de UC Davis iniciatas novan strategion por multe plibonigi lumsorbadon en siliciaj maldikaj filmoj. En ilia plej nova artikolo ĉe Advanced Photonics Nexus, ili pruvas unuafoje eksperimentan pruvon de silicio-bazita fotodetektilo kun lum-kaptantaj mikro- kaj nano-surfacaj strukturoj, atingante senprecedencan rendimentoplibonigojn kompareblajn al GaAs kaj aliaj III-V-grupsemikonduktaĵoj. . La fotodetektilo konsistas el mikron-dika cilindra silicioplato metita sur izola substrato, kun metalaj "fingroj" etendiĝantaj en fingroforkeca modo de la kontakta metalo ĉe la pinto de la plato. Grave, la malplena silicio estas plenigita per cirklaj truoj aranĝitaj laŭ perioda ŝablono, kiuj funkcias kiel fotonaj kaptejoj. La totala strukturo de la aparato igas la normale okazantan lumon fleksi je preskaŭ 90° kiam ĝi trafas la surfacon, permesante al ĝi disvastigi flanke laŭ la Si-ebeno. Tiuj lateralaj disvastigreĝimoj pliigas la longon de la vojaĝado de lumo kaj efike bremsas ĝin, kondukante al pli da lum-materia interagoj kaj tiel pliigita sorbado.
La esploristoj ankaŭ faris optikajn simuladojn kaj teoriajn analizojn por pli bone kompreni la efikojn de fotonkaptaj strukturoj, kaj faris plurajn eksperimentojn komparantaj fotodetektilojn kun kaj sen ili. Ili trovis, ke fotonkapto kaŭzis signifan plibonigon en larĝbenda sorba efikeco en la NIR-spektro, restante super 68% kun pinto de 86%. Notindas, ke en la proksima infraruĝa bando, la sorba koeficiento de la foton-kapta fotodetektilo estas plurajn fojojn pli alta ol tiu de ordinara silicio, superante galiumarsenidon. Krome, kvankam la proponita dezajno estas por 1μm dikaj siliciaj platoj, simulaĵoj de 30 nm kaj 100 nm siliciaj filmoj kongruaj kun CMOS-elektroniko montras similan plibonigitan efikecon.
Ĝenerale, la rezultoj de ĉi tiu studo montras esperigan strategion por plibonigi la agadon de silicio-bazitaj fotodetektiloj en emerĝantaj fotonikaj aplikoj. Alta sorbado povas esti atingita eĉ en ultra-maldikaj siliciaj tavoloj, kaj la parazita kapacitanco de la cirkvito povas esti konservita malalta, kio estas kritika en altrapidaj sistemoj. Krome, la proponita metodo estas kongrua kun modernaj CMOS-produktadprocezoj kaj tial havas la potencialon revolucii la manieron optoelektroniko estas integrita en tradiciajn cirkvitojn. Ĉi tio, siavice, povus malfermi la vojon al grandaj saltoj en atingeblaj ultrarapidaj komputilaj retoj kaj bildiga teknologio.
Afiŝtempo: Nov-12-2024