فناوری جدید فوتودکتور نازک سیلیکون

فناوری جدیدنوری نازک سیلیکون
از ساختارهای ضبط فوتون برای تقویت جذب نور در نازک استفاده می شودعکسهای عکسبرداری سیلیکون
سیستم های فوتونیک در بسیاری از کاربردهای نوظهور ، از جمله ارتباطات نوری ، سنجش LIDAR و تصویربرداری پزشکی به سرعت در حال افزایش هستند. با این حال ، اتخاذ گسترده فوتونیک در راه حل های مهندسی آینده بستگی به هزینه تولید دارددستگاه های نوری، که به نوبه خود تا حد زیادی به نوع نیمه هادی مورد استفاده برای این منظور بستگی دارد.
به طور سنتی ، سیلیکون (SI) همه گیر ترین نیمه هادی در صنعت الکترونیک بوده است ، به حدی که بیشتر صنایع در اطراف این ماده بالغ شده اند. متأسفانه ، SI ضریب جذب نور نسبتاً ضعیف در طیف مادون قرمز نزدیک (NIR) در مقایسه با سایر نیمه هادی های مانند گالیم آرسنید (GAAS) دارد. به همین دلیل ، GAAS و آلیاژهای مرتبط در کاربردهای فوتونیک رونق می گیرند اما با فرآیندهای نیمه هادی اکسید فلز-اکسید مکمل سنتی (CMOS) مورد استفاده در تولید اکثر الکترونیک سازگار نیستند. این منجر به افزایش شدید هزینه های تولید آنها شد.
محققان راهی را برای تقویت زیاد جذب مادون قرمز در سیلیکون ابداع کرده اند ، که می تواند منجر به کاهش هزینه در دستگاه های فوتونی با کارایی بالا شود ، و یک تیم تحقیقاتی UC Davis در حال پیشبرد یک استراتژی جدید برای بهبود بسیار زیاد جذب نور در فیلم های نازک سیلیکون است. آنها در آخرین مقاله خود در Nexus Advanced Photonics ، آنها برای اولین بار نمایش تجربی از یک فوتودکتور مبتنی بر سیلیکون با ساختارهای میکرو-و سطح نانو را نشان می دهند ، و دستیابی به پیشرفت های بی سابقه ای قابل مقایسه با GAAS و سایر نیمه رسانای گروه III-V. این فتودکتور شامل یک صفحه سیلیکون استوانه ای به ضخامت میکرون است که روی یک بستر عایق قرار می گیرد و "انگشتان" فلزی به صورت فلزی از فلز تماس در بالای صفحه امتداد می یابد. نکته مهم ، سیلیکون لامپ پر از سوراخ های دایره ای است که در یک الگوی تناوبی قرار گرفته است که به عنوان سایت های ضبط فوتون عمل می کند. ساختار کلی دستگاه باعث می شود که هنگام برخورد به سطح ، نور عادی تقریباً 90 درجه خم شود و به آن اجازه می دهد تا در طول صفحه SI به صورت جانبی پخش شود. این حالت های انتشار جانبی طول سفر نور را افزایش می دهد و به طور موثری آن را کند می کند و منجر به تعامل بیشتر نور و در نتیجه افزایش جذب می شود.
محققان همچنین برای درک بهتر اثرات ساختارهای ضبط فوتون ، شبیه سازی های نوری و تجزیه و تحلیل های نظری را انجام دادند و چندین آزمایش را با مقایسه فوتودکتور با و بدون آنها انجام دادند. آنها دریافتند که ضبط فوتون منجر به بهبود قابل توجهی در راندمان جذب باند پهن در طیف NIR می شود و با اوج 86 ٪ بالاتر از 68 ٪ باقی می ماند. شایان ذکر است که در باند مادون قرمز نزدیک ، ضریب جذب فوتون ضبط فوتون چندین برابر بیشتر از سیلیکون معمولی است که بیش از آرسنید گالیم است. علاوه بر این ، اگرچه طرح پیشنهادی برای صفحات سیلیکون ضخامت 1μm است ، شبیه سازی فیلم های سیلیکون 30 نانومتر و 100 نانومتر سازگار با الکترونیک CMOS عملکرد پیشرفته مشابهی را نشان می دهد.
به طور کلی ، نتایج این مطالعه یک استراتژی امیدوارکننده برای بهبود عملکرد فوتودکتورهای مبتنی بر سیلیکون در برنامه های نوظهور فوتونیک را نشان می دهد. جذب زیاد حتی در لایه های سیلیکون فوق العاده نازک نیز می تواند حاصل شود و ظرفیت انگلی را می توان کم نگه داشت ، که در سیستم های پر سرعت بسیار مهم است. علاوه بر این ، روش پیشنهادی با فرآیندهای تولید CMOS مدرن سازگار است و بنابراین پتانسیل انقلابی در نحوه ادغام نوری در مدارهای سنتی را دارد. این به نوبه خود ، می تواند راه را برای جهش های قابل توجه در شبکه های رایانه ای عالی و با استفاده از فناوری تصویربرداری هموار کند.