Nova teknologio demaldika silicia fotodetektilo
Fotonaj kaptostrukturoj estas uzataj por plibonigi lumsorbadon en maldikajsiliciaj fotodetektiloj
Fotonikaj sistemoj rapide akiras popularecon en multaj emerĝantaj aplikoj, inkluzive de optikaj komunikadoj, liDAR-sensado kaj medicina bildigo. Tamen, la ĝeneraligita adopto de fotoniko en estontaj inĝenieraj solvoj dependas de la kosto de fabrikado.fotodetektiloj, kiu siavice dependas plejparte de la tipo de duonkonduktaĵo uzata por tiu celo.
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 lum-absorban koeficienton en la proksima infraruĝa (NIR) spektro kompare kun aliaj duonkonduktaĵoj kiel galiuma arsenido (GaAs). Pro tio, GaAs kaj rilataj alojoj prosperas en fotonaj aplikoj sed ne estas kongruaj kun la tradiciaj komplementaj metal-oksidaj duonkonduktaĵaj (CMOS) procezoj uzataj en la produktado de plej multaj elektronikaĵoj. Tio kaŭzis akran kreskon de iliaj fabrikadaj kostoj.
Esploristoj elpensis manieron multe plibonigi preskaŭ-infraruĝan sorbadon en silicio, kio povus konduki al kostoreduktoj en alt-efikecaj fotonikaj aparatoj, kaj esplorteamo de UC Davis pioniras novan strategion por multe plibonigi lumsorbadon en siliciaj maldikaj filmoj. En sia plej nova artikolo ĉe Advanced Photonics Nexus, ili montras por la unua fojo eksperimentan demonstraĵon de silicio-bazita fotodetektilo kun lumkaptaj mikro- kaj nano-surfacaj strukturoj, atingante senprecedencajn plibonigojn de rendimento kompareblajn al GaAs kaj aliaj III-V-grupaj duonkonduktaĵoj. La fotodetektilo konsistas el mikron-dika cilindra silicia plato metita sur izolan substraton, kun metalaj "fingroj" etendiĝantaj fingroforke de la kontakta metalo ĉe la supro de la plato. Grave, la buliĝema silicio estas plenigita per cirklaj truoj aranĝitaj laŭ perioda ŝablono, kiuj funkcias kiel fotonaj kaptejoj. La ĝenerala strukturo de la aparato kaŭzas, ke la normale envena lumo fleksiĝas je preskaŭ 90° kiam ĝi trafas la surfacon, permesante al ĝi disvastiĝi laterale laŭ la Si-ebeno. Ĉi tiuj lateralaj disvastiĝreĝimoj plilongigas la daŭron de la vojaĝo de lumo kaj efike malrapidigas ĝin, kondukante al pli da lum-materiaj interagoj kaj tiel pliigitan sorbadon.
La esploristoj ankaŭ faris optikajn simulaĵojn kaj teoriajn analizojn por pli bone kompreni la efikojn de fotonkaptaj strukturoj, kaj faris plurajn eksperimentojn komparante fotodetektilojn kun kaj sen ili. Ili trovis, ke fotonkapto kondukis al signifa plibonigo en larĝbenda sorba efikeco en la proksima infraruĝa spektro, restante super 68% kun pinto de 86%. Indas rimarki, ke en la proksima infraruĝa bendo, la sorba koeficiento de la fotonkapta fotodetektilo estas plurfoje pli alta ol tiu de ordinara silicio, superante galiuman arsenidon. 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 rendimenton.
Ĝenerale, la rezultoj de ĉi tiu studo montras promesplenan strategion por plibonigi la rendimenton de silicio-bazitaj fotodetektiloj en emerĝantaj fotonikaj aplikoj. Alta absorbo povas esti atingita eĉ en ultra-maldikaj siliciaj tavoloj, kaj la parazita kapacitanco de la cirkvito povas esti tenata malalta, kio estas kritika en altrapidaj sistemoj. Krome, la proponita metodo estas kongrua kun modernaj CMOS-fabrikadprocezoj kaj tial havas la potencialon revolucii la manieron kiel optoelektroniko estas integrita en tradiciajn cirkvitojn. Ĉi tio, siavice, povus pavimi la vojon por grandaj saltoj en pageblaj ultra-rapidaj komputilaj retoj kaj bildiga teknologio.
Afiŝtempo: 12-a de novembro 2024