Жаңы технологияжука кремний фотодетектор
Фотонду тартуу структуралары ичке жарыкты сиңирүүнү күчөтүү үчүн колдонулаткремний фотодетекторлор
Фотоникалык системалар оптикалык коммуникациялар, liDAR сенсациялары жана медициналык сүрөттөрдү камтыган көптөгөн жаңы колдонмолордо тездик менен тартылып жатат. Бирок, келечектеги инженердик чечимдерде фотониканын кеңири жайылуусу өндүрүштүн баасына көз каранды.фотодетекторлор, бул өз кезегинде ошол максат үчүн колдонулган жарым өткөргүчтүн түрүнө жараша болот.
Салт боюнча, кремний (Si) электроника тармагында эң кеңири таралган жарым өткөргүч болгон, ошондуктан көпчүлүк тармактар ушул материалдын айланасында жетилген. Тилекке каршы, Si галлий арсениди (GaAs) сыяктуу башка жарым өткөргүчтөргө салыштырмалуу жакын инфракызыл (NIR) спектринде жарыкты жутуу коэффициенти салыштырмалуу начар. Ушундан улам, GaAs жана ага байланыштуу эритмелер фотоникалык колдонмолордо өнүгүп жатат, бирок көпчүлүк электрониканы өндүрүүдө колдонулган салттуу кошумча металл-оксид жарым өткөргүч (CMOS) процесстери менен шайкеш келбейт. Бул алардын өндүрүштүк наркынын кескин өсүшүнө алып келди.
Окумуштуулар кремнийдеги жакын инфракызыл сиңирүүнү чоңойтуунун жолун ойлоп табышты, бул жогорку эффективдүү фотоникалык түзүлүштөрдүн наркынын төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн жана UC Davis изилдөө тобу кремний жука пленкаларында жарыкты сиңирүүнү кыйла жакшыртуу үчүн жаңы стратегиянын пионери болуп саналат. Advanced Photonics Nexus журналындагы акыркы макалаларында алар биринчи жолу GaAs жана III-V группасынын башка жарым өткөргүчтөрүнө салыштырууга мүмкүн болгон иштөөсүн болуп көрбөгөндөй жакшыртууга жетишип, жарыкты тартуучу микро жана нано-беттик структуралары менен кремний негизиндеги фотодетектордун эксперименталдык демонстрациясын көрсөтүшөт. . Фотодетектор изоляциялоочу субстратка жайгаштырылган микрон калыңдыгы бар цилиндр формасындагы кремний пластинкасынан турат, анын металл “манжалары” пластинанын үстүнкү жагындагы контакт металлдан манжа-айры модада созулган. Маанилүүсү, кесек кремний фотонду кармоочу жайлардын ролун аткарган мезгил-мезгили менен тизилген тегерек тешиктер менен толтурулган. Аппараттын жалпы түзүлүшү кадимки түшкөн жарыктын бетине тийгенде дээрлик 90° ийилишине алып келет, бул анын Si тегиздиги боюнча каптал тарапка таралышына шарт түзөт. Бул каптал таралуу режимдери жарыктын жүрүү узундугун көбөйтөт жана аны эффективдүү жайлатат, бул жарык-материянын көбүрөөк өз ара аракеттенүүсүнө алып келет жана ошону менен сиңирүүнү жогорулатат.
Окумуштуулар ошондой эле фотонду тартуу структураларынын эффекттерин жакшыраак түшүнүү үчүн оптикалык симуляцияларды жана теориялык анализдерди жүргүзүштү жана фотодетекторлорду алар менен жана аларсыз салыштырган бир нече эксперименттерди жүргүзүштү. Алар фотонду тартуу NIR спектринде кең тилкелүү жутулуунун натыйжалуулугун олуттуу жакшыртууга алып келгенин, 68% дан жогору болуп, 86% дан жогору экенин аныкташкан. Белгилей кетчү нерсе, жакынкы инфракызыл тилкеде фотонду тартуу фотодетекторунун жутуу коэффициенти галий арсенидинен ашып, кадимки кремнийдикинен бир нече эсе жогору. Кошумчалай кетсек, сунушталган дизайн калыңдыгы 1 мкм кремний плиталар үчүн болсо да, CMOS электроникасына шайкеш келген 30 нм жана 100 нм кремний пленкаларынын симуляциялары окшош жакшыртылган аткарууну көрсөтөт.
Жалпысынан, бул изилдөөнүн натыйжалары пайда болгон фотоникалык колдонмолордо кремний негизиндеги фотодетекторлордун иштешин жакшыртуунун келечектүү стратегиясын көрсөтөт. Жогорку жутууга атүгүл ультра жука кремний катмарларында да жетишүүгө болот жана чынжырдын мите сыйымдуулугу төмөн бойдон сакталышы мүмкүн, бул жогорку ылдамдыктагы системаларда маанилүү. Мындан тышкары, сунушталган ыкма заманбап CMOS өндүрүш процесстери менен шайкеш келет жана ошондуктан оптоэлектрониканын салттуу схемаларга интеграциялануу жолун төңкөрүш мүмкүнчүлүгүнө ээ. Бул, өз кезегинде, жеткиликтүү ультра ылдам компьютер тармактарында жана сүрөттөө технологиясында олуттуу секириктерге жол ачышы мүмкүн.
Посттун убактысы: Ноябрь-12-2024