Uus tehnoloogiaõhuke räni fotodetektor
Footoni jäädvustamisstruktuure kasutatakse valguse neeldumise suurendamiseks õhukesesräni fotodetektorid
Fotoonilised süsteemid koguvad kiiresti veojõudu paljudes tekkivates rakendustes, sealhulgas optilise kommunikatsiooni, lidari sensori ja meditsiinilise pildistamise. Footonika laialdane kasutuselevõtt tulevastes insenerilahendustes sõltub aga tootmise kuludestfotodetektorid, mis omakorda sõltub suuresti sel eesmärgil kasutatava pooljuhi tüübist.
Traditsiooniliselt on Silicon (SI) olnud elektroonikatööstuses kõige üldlevinud pooljuht, nii palju, et enamik tööstusi on selle materjali ümber küpsenud. Kahjuks on SI -l võrreldes teiste pooljuhtidega, näiteks galliumraseniid (GAAS), suhteliselt nõrk valguse neeldumiskoefitsient. Seetõttu õitsevad GAA-d ja sellega seotud sulamid fotoonilistes rakendustes, kuid ei ühildu traditsiooniliste täiendavate metallioksiidi pooljuhtide (CMOS) protsessidega, mida kasutatakse enamiku elektroonika tootmisel. See tõi kaasa nende tootmiskulude järsu suurenemise.
Teadlased on välja töötanud viisi, kuidas räni lähedal oleva infrapuna-i imendumist märkimisväärselt suurendada, mis võib põhjustada suure jõudlusega fotooniliste seadmete kulude vähenemist, ja UC Davise uurimisrühm on teedrajav uus strateegia, et parandada räni õhukeste kilede valguse neeldumist. Advanced Photonics Nexuse viimases artiklis demonstreerivad nad esimest korda kergelt kinnipeetava mikro- ja nanopinna struktuuridega ränipõhise fotodetektori eksperimentaalset demonstreerimist, saavutades enneolematu jõudluse parandamise, mis on võrreldavad GAA-de ja teiste III-V grupi semikülastajatega. Fotodetektor koosneb mikronipaksust silindrilisest räniplaadist, mis on asetatud isoleerivale substraadile, mille metalli “sõrmed” ulatub sõrmekese moodi kontaktmetallist plaadi ülaosas. Oluline on see, et pontsakas räni on täidetud ümmarguste aukudega, mis on paigutatud perioodilisele mustrile, mis toimivad footoni jäädvustamiskohtadena. Seadme üldstruktuur põhjustab tavaliselt langeva valguse painutamist pinnale jõudes ligi 90 ° võrra, võimaldades sellel levida külgsuunas piki Si tasapinda. Need külgmise levimisrežiimid suurendavad valguse käigu pikkust ja aeglustage seda tõhusalt, põhjustades rohkem valguse interaktsioone ja suurendab seeläbi imendumist.
Teadlased viisid läbi ka optilisi simulatsioone ja teoreetilisi analüüse, et paremini mõista footoni jäädvustamisstruktuuride mõju, ja viisid läbi mitu katset, kus võrreldakse fotodetektoritega nendega ja ilma. Nad leidsid, et footonite kogumine tõi NIR -spektris lairiba neeldumise efektiivsuse olulise paranemise, püsides üle 68%, kui tipp on 86%. Väärib märkimist, et peaaegu infrapunaribas on footoni jäädvustamise fotodetektori neeldumiskoefitsient mitu korda suurem kui tavalisel räni omal, ületades galliumraseniidi. Lisaks, kuigi kavandatud disain on mõeldud 1 μm paksuste räniplaatide jaoks, näitavad CMOS -elektroonikaga ühilduvad 30 nm ja 100 nm räni kiled sarnast täiustatud jõudlust.
Üldiselt näitavad selle uuringu tulemused paljutõotavat strateegiat ränipõhiste fotodetektorite jõudluse parandamiseks arenevates fotoonikarakendustes. Suure imendumise saab saavutada isegi ülikergetes räni kihtides ja vooluringi parasiitlikku mahtuvust saab hoida madalal, mis on kiiretes süsteemides kriitilise tähtsusega. Lisaks on pakutud meetod ühilduv tänapäevaste CMOS -i tootmisprotsessidega ja seetõttu võib see revolutsiooniliselt optoelektroonika integreerida traditsioonilistesse vooluringidesse. See omakorda võib sillutada teed oluliste hüppelisteks taskukohaste ultrafastide arvutivõrkude ja pilditehnoloogiaga.
Postiaeg: 12. november 20124