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