Жаңы технологияжука кремний фотодетектору
Фотонду кармоочу түзүлүштөр жука жерлерде жарыктын сиңишин күчөтүү үчүн колдонулат.кремний фотодетекторлору
Фотондук системалар оптикалык байланыш, liDAR сенсорлору жана медициналык сүрөткө тартуу сыяктуу көптөгөн жаңы колдонмолордо тездик менен колдонулуп жатат. Бирок, келечектеги инженердик чечимдерде фотониканын кеңири колдонулушу өндүрүштүн баасына жараша болот.фотодетекторлор, бул өз кезегинде көбүнчө ошол максатта колдонулган жарым өткөргүчтүн түрүнө жараша болот.
Салт боюнча, кремний (Si) электроника тармагында эң кеңири таралган жарым өткөргүч болуп келген, ошондуктан көпчүлүк тармактар ушул материалдын айланасында өнүккөн. Тилекке каршы, Si галлий арсениди (GaAs) сыяктуу башка жарым өткөргүчтөргө салыштырмалуу жакынкы инфракызыл (NIR) спектрде жарыкты сиңирүү коэффициенти салыштырмалуу алсыз. Ушул себептен улам, GaAs жана ага байланыштуу эритмелер фотондук колдонмолордо жакшы өнүгүп жатат, бирок көпчүлүк электрониканы өндүрүүдө колдонулган салттуу комплементардуу металл-оксиддик жарым өткөргүч (CMOS) процесстери менен шайкеш келбейт. Бул алардын өндүрүш чыгымдарынын кескин өсүшүнө алып келди.
Изилдөөчүлөр кремнийдеги жакын инфракызыл сиңирүүнү бир топ жакшыртуунун жолун ойлоп табышты, бул жогорку өндүрүмдүү фотондук түзүлүштөрдүн чыгымдарын азайтууга алып келиши мүмкүн, ал эми Калифорния Университетинин Дэвис изилдөө тобу кремнийдин жука пленкаларындагы жарыктын сиңирилишин бир топ жакшыртуу боюнча жаңы стратегияны иштеп чыгууда. Advanced Photonics Nexus журналындагы акыркы макаласында алар биринчи жолу жарыкты кармаган микро жана нано-беттик түзүлүштөрү бар кремний негизиндеги фотодетектордун эксперименталдык демонстрациясын көрсөтүштү, бул GaAs жана башка III-V тобундагы жарым өткөргүчтөргө салыштырмалуу болуп көрбөгөндөй жакшырууларга жетишти. Фотодетектор изоляциялык субстратка жайгаштырылган микрон калыңдыктагы цилиндр формасындагы кремний пластинасынан турат, анын металл "манжалары" пластинанын үстүнкү жагындагы контакт металлынан манжа айрысы түрүндө созулат. Маанилүүсү, кесек кремний фотонду кармоочу жайлар катары кызмат кылган мезгилдүү схемада жайгашкан тегерек тешиктер менен толтурулган. Түзмөктүн жалпы түзүлүшү адатта түшкөн жарыктын бетке тийгенде дээрлик 90° ийилишине алып келет, бул анын Si тегиздиги боюнча капталга таралышына мүмкүндүк берет. Бул каптал таралуу режимдери жарыктын жүрүү узактыгын көбөйтөт жана аны натыйжалуу жайлатат, бул жарык затынын өз ара аракеттенүүсүн күчөтөт жана ошону менен сиңирүүнү жогорулатат.
Ошондой эле, изилдөөчүлөр фотондорду кармоочу структуралардын таасирин жакшыраак түшүнүү үчүн оптикалык симуляцияларды жана теориялык анализдерди жүргүзүштү жана фотодетекторлорду алар менен жана ансыз салыштырып, бир нече эксперименттерди жүргүзүштү. Алар фотондорду кармоо NIR спектринде кең тилкелүү сиңирүү эффективдүүлүгүн бир кыйла жакшыртып, 68% дан жогору бойдон калганын жана 86% ды түзгөнүн аныкташты. Белгилей кетүүчү нерсе, жакынкы инфракызыл тилкеде фотондорду кармоочу фотодетектордун сиңирүү коэффициенти кадимки кремнийдикине караганда бир нече эсе жогору, бул галлий арсенидинен ашып түшөт. Мындан тышкары, сунушталган дизайн 1 мкм калыңдыктагы кремний пластиналары үчүн болгону менен, CMOS электроникасы менен шайкеш келген 30 нм жана 100 нм кремний пленкаларынын симуляциялары окшош жакшыртылган көрсөткүчтөрдү көрсөтөт.
Жалпысынан алганда, бул изилдөөнүн жыйынтыктары жаңыдан пайда болуп жаткан фотоника колдонмолорунда кремний негизиндеги фотодетекторлордун иштешин жакшыртуунун келечектүү стратегиясын көрсөтүп турат. Жогорку сиңирүүгө өтө жука кремний катмарларында да жетишүүгө болот, ал эми схеманын мите сыйымдуулугун төмөн кармоого болот, бул жогорку ылдамдыктагы системаларда абдан маанилүү. Мындан тышкары, сунушталган ыкма заманбап CMOS өндүрүш процесстери менен шайкеш келет жана ошондуктан оптоэлектрониканы салттуу схемаларга интеграциялоодо революция жасоо мүмкүнчүлүгүнө ээ. Бул өз кезегинде арзан баадагы өтө ылдам компьютердик тармактарда жана сүрөт тартуу технологиясында олуттуу секириктерге жол ачышы мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 12-ноябры