Teknologi baharu bagipengesan foto silikon nipis
Struktur penangkapan foton digunakan untuk meningkatkan penyerapan cahaya dalam cecair nipispengesan foto silikon
Sistem fotonik semakin mendapat perhatian dalam banyak aplikasi baru muncul, termasuk komunikasi optik, penderiaan liDAR dan pengimejan perubatan. Walau bagaimanapun, penggunaan fotonik secara meluas dalam penyelesaian kejuruteraan masa hadapan bergantung pada kos pembuatan.pengesan foto, yang seterusnya bergantung sebahagian besarnya pada jenis semikonduktor yang digunakan untuk tujuan tersebut.
Secara tradisinya, silikon (Si) merupakan semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam industri elektronik, sehinggakan kebanyakan industri telah matang dengan bahan ini. Malangnya, Si mempunyai pekali penyerapan cahaya yang agak lemah dalam spektrum inframerah dekat (NIR) berbanding semikonduktor lain seperti galium arsenida (GaAs). Oleh kerana itu, GaAs dan aloi berkaitan berkembang maju dalam aplikasi fotonik tetapi tidak serasi dengan proses semikonduktor logam-oksida pelengkap tradisional (CMOS) yang digunakan dalam pengeluaran kebanyakan elektronik. Ini menyebabkan peningkatan mendadak dalam kos pengeluarannya.
Penyelidik telah mencipta satu cara untuk meningkatkan penyerapan inframerah dekat dalam silikon dengan ketara, yang boleh membawa kepada pengurangan kos dalam peranti fotonik berprestasi tinggi, dan pasukan penyelidikan UC Davis sedang merintis strategi baharu untuk meningkatkan penyerapan cahaya dalam filem nipis silikon dengan ketara. Dalam kertas kerja terbaru mereka di Advanced Photonics Nexus, mereka buat kali pertama menunjukkan demonstrasi eksperimen fotodetektor berasaskan silikon dengan struktur mikro dan nano-permukaan yang menangkap cahaya, mencapai penambahbaikan prestasi yang belum pernah terjadi sebelumnya yang setanding dengan GaAs dan semikonduktor kumpulan III-V yang lain. Fotodetektor terdiri daripada plat silikon silinder setebal mikron yang diletakkan pada substrat penebat, dengan "jari" logam memanjang seperti garpu jari dari logam sentuhan di bahagian atas plat. Yang penting, silikon yang berketul-ketul diisi dengan lubang bulat yang disusun dalam corak berkala yang bertindak sebagai tapak penangkapan foton. Struktur keseluruhan peranti menyebabkan cahaya yang biasanya datang membengkok hampir 90° apabila ia mengenai permukaan, membolehkannya merambat secara lateral di sepanjang satah Si. Mod perambatan sisi ini meningkatkan panjang perjalanan cahaya dan memperlahankannya secara berkesan, yang membawa kepada lebih banyak interaksi jirim cahaya dan seterusnya meningkatkan penyerapan.
Para penyelidik juga menjalankan simulasi optik dan analisis teori untuk lebih memahami kesan struktur penangkapan foton, dan menjalankan beberapa eksperimen yang membandingkan fotodetektor dengan dan tanpanya. Mereka mendapati bahawa penangkapan foton membawa kepada peningkatan yang ketara dalam kecekapan penyerapan jalur lebar dalam spektrum NIR, kekal melebihi 68% dengan puncak 86%. Perlu diingatkan bahawa dalam jalur inframerah dekat, pekali penyerapan fotodetektor penangkapan foton adalah beberapa kali lebih tinggi daripada silikon biasa, melebihi galium arsenida. Di samping itu, walaupun reka bentuk yang dicadangkan adalah untuk plat silikon setebal 1μm, simulasi filem silikon 30 nm dan 100 nm yang serasi dengan elektronik CMOS menunjukkan prestasi dipertingkatkan yang serupa.
Secara keseluruhannya, hasil kajian ini menunjukkan strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan prestasi fotodetektor berasaskan silikon dalam aplikasi fotonik yang baru muncul. Penyerapan yang tinggi boleh dicapai walaupun dalam lapisan silikon ultra nipis, dan kapasitans parasit litar boleh dikekalkan rendah, yang penting dalam sistem berkelajuan tinggi. Di samping itu, kaedah yang dicadangkan ini serasi dengan proses pembuatan CMOS moden dan oleh itu berpotensi untuk merevolusikan cara optoelektronik disepadukan ke dalam litar tradisional. Ini seterusnya boleh membuka jalan untuk lonjakan besar dalam rangkaian komputer ultra pantas dan teknologi pengimejan yang berpatutan.
Masa siaran: 12 Nov-2024