Teknologi baru photodetector silikon nipis

Teknologi BaruPhotodetector silikon nipis
Struktur penangkapan foton digunakan untuk meningkatkan penyerapan cahaya dalam nipisPhotodetectors silikon
Sistem fotonik dengan cepat mendapat daya tarikan dalam banyak aplikasi baru muncul, termasuk komunikasi optik, penderiaan lidar, dan pengimejan perubatan. Walau bagaimanapun, penggunaan fotonik yang meluas dalam penyelesaian kejuruteraan masa depan bergantung kepada kos pembuatanPhotodetectors, yang seterusnya bergantung pada jenis semikonduktor yang digunakan untuk tujuan itu.
Secara tradisinya, silikon (SI) telah menjadi semikonduktor yang paling di mana -mana dalam industri elektronik, sehingga kebanyakan industri telah matang di sekitar bahan ini. Malangnya, SI mempunyai pekali penyerapan cahaya yang agak lemah dalam spektrum inframerah berhampiran (NIR) berbanding dengan semikonduktor lain seperti Gallium Arsenide (GAAS). Oleh kerana itu, GaAs dan aloi yang berkaitan berkembang maju dalam aplikasi fotonik tetapi tidak serasi dengan proses semikonduktor logam-oksida (CMOS) pelengkap tradisional yang digunakan dalam pengeluaran kebanyakan elektronik. Ini membawa kepada peningkatan mendadak dalam kos pembuatan mereka.
Para penyelidik telah mencipta satu cara untuk meningkatkan penyerapan inframerah hampir di silikon, yang boleh menyebabkan pengurangan kos dalam peranti fotonik berprestasi tinggi, dan pasukan penyelidikan UC Davis sedang merintis strategi baru untuk meningkatkan penyerapan cahaya dalam filem nipis silikon. Dalam kertas terbaru mereka di Advanced Photonics Nexus, mereka menunjukkan untuk pertama kalinya demonstrasi eksperimen photodetector berasaskan silikon dengan struktur mikro dan nano-permukaan yang mencairkan, mencapai peningkatan prestasi yang tidak pernah berlaku sebelum ini yang setanding dengan GAA dan kumpulan semikonduktor kumpulan III-V yang lain. Photodetector terdiri daripada plat silikon silinder tebal mikron yang diletakkan pada substrat penebat, dengan "jari" logam yang meluas dalam fesyen jari-jari dari logam sentuh di bahagian atas pinggan. Yang penting, silikon kental dipenuhi dengan lubang bulat yang diatur dalam corak berkala yang bertindak sebagai tapak penangkapan foton. Struktur keseluruhan peranti menyebabkan cahaya insiden biasanya membungkuk hampir 90 ° apabila ia mencecah permukaan, membolehkannya menyebarkannya ke arah satah SI. Mod penyebaran sisi ini meningkatkan panjang perjalanan cahaya dan melambatkannya dengan berkesan, yang membawa kepada interaksi yang lebih ringan dan dengan itu meningkatkan penyerapan.
Para penyelidik juga menjalankan simulasi optik dan analisis teoritis untuk lebih memahami kesan struktur penangkapan foton, dan menjalankan beberapa eksperimen membandingkan photodetectors dengan dan tanpa mereka. Mereka mendapati bahawa penangkapan foton membawa kepada peningkatan yang ketara dalam kecekapan penyerapan jalur lebar dalam spektrum NIR, tinggal melebihi 68% dengan puncak 86%. Perlu diingat bahawa dalam jalur inframerah berhampiran, pekali penyerapan photodetector foton 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 sama.
Secara keseluruhannya, hasil kajian ini menunjukkan strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan prestasi photodetectors berasaskan silikon dalam aplikasi fotonik yang baru muncul. Penyerapan yang tinggi boleh dicapai walaupun dalam lapisan silikon ultra-tipis, dan kapasitans parasit litar boleh disimpan rendah, yang kritikal dalam sistem berkelajuan tinggi. Di samping itu, kaedah yang dicadangkan bersesuaian dengan proses pembuatan CMOS moden dan oleh itu berpotensi untuk merevolusikan cara optoelektronik diintegrasikan ke dalam litar tradisional. Ini, seterusnya, boleh membuka jalan untuk melompat besar dalam rangkaian komputer dan teknologi pengimejan yang berpatutan.