Uus tehnoloogiaõhuke räni fotodetektor
Footonite püüdmise struktuure kasutatakse valguse neeldumise suurendamiseks õhukeses materjalis.räni fotodetektorid
Fotoonikasüsteemid on kiiresti populaarsust kogumas paljudes uutes rakendustes, sealhulgas optilises sides, liDAR-sensorites ja meditsiinilises pildistamises. Fotoonika laialdane kasutuselevõtt tulevastes insenerilahendustes sõltub aga tootmiskuludest.fotodetektorid, mis omakorda sõltub suuresti selleks otstarbeks kasutatava pooljuhi tüübist.
Traditsiooniliselt on räni (Si) olnud elektroonikatööstuses kõige levinum pooljuht, sedavõrd, et enamik tööstusharusid on selle materjali ümber küpsenud. Kahjuks on ränil lähiinfrapunaspektris (NIR) suhteliselt nõrk valguse neeldumistegur võrreldes teiste pooljuhtidega, näiteks galliumarseniidiga (GaAs). Seetõttu on GaAs ja sellega seotud sulamid footonrakendustes edukad, kuid ei ühildu traditsiooniliste komplementaarsete metall-oksiidpooljuhtide (CMOS) protsessidega, mida kasutatakse enamiku elektroonikaseadmete tootmisel. See tõi kaasa nende tootmiskulude järsu tõusu.
Teadlased on välja töötanud viisi, kuidas oluliselt parandada räni lähiinfrapunakiirguse neeldumist, mis võib viia suure jõudlusega footonseadmete maksumuse vähenemiseni, ning UC Davise uurimisrühm on teedrajav uue strateegia väljatöötamisel, et oluliselt parandada valguse neeldumist räni õhukestes kiledes. Oma viimases artiklis Advanced Photonics Nexuses demonstreerivad nad esmakordselt eksperimentaalset demonstratsiooni ränipõhisest fotodetektorist, millel on valgust püüdvad mikro- ja nanopinna struktuurid, saavutades enneolematuid jõudluse parandusi, mis on võrreldavad GaAs-i ja teiste III-V rühma pooljuhtidega. Fotodetektor koosneb mikroni paksusest silindrilisest räniplaadist, mis on asetatud isoleerivale aluspinnale, mille ülaosas olevast kontaktmetallist ulatuvad välja sõrmekahvli kujul metallist "sõrmed". Oluline on see, et tükiline räni on täidetud perioodilise mustriga ringikujuliste aukudega, mis toimivad footonite püüdmiskohtadena. Seadme üldine struktuur põhjustab tavaliselt langeva valguse paindumist pinnale jõudes peaaegu 90° võrra, võimaldades sellel levida külgsuunas mööda Si tasapinda. Need külgmised levimisviisid suurendavad valguse teekonda ja aeglustavad seda tõhusalt, mis viib suurema valguse ja aine vastastikmõjuni ning seega suurenenud neeldumiseni.
Teadlased viisid läbi ka optilisi simulatsioone ja teoreetilisi analüüse, et paremini mõista footonite püüdmise struktuuride mõju, ning viisid läbi mitu katset, milles võrreldi fotodetektoreid nende struktuuridega ja ilma. Nad leidsid, et footonite püüdmine viis NIR-spektris lairiba neeldumise efektiivsuse olulise paranemiseni, jäädes üle 68%, maksimaalse 86% -ni. Tasub märkida, et lähiinfrapunakiirguse piirkonnas on footonite püüdmise fotodetektori neeldumistegur mitu korda suurem kui tavalisel ränil, ületades galliumarseniidi. Lisaks, kuigi kavandatud disain on mõeldud 1 μm paksuste räniplaatide jaoks, näitavad CMOS-elektroonikaga ühilduvate 30 nm ja 100 nm ränikilede simulatsioonid sarnast paremat jõudlust.
Kokkuvõttes näitavad selle uuringu tulemused paljulubavat strateegiat ränipõhiste fotodetektorite jõudluse parandamiseks tekkivates fotoonikarakendustes. Kõrge neeldumine on saavutatav isegi üliõhukeste ränikihtide puhul ning vooluringi parasiitset mahtuvust saab hoida madalana, mis on kiirete süsteemide puhul kriitilise tähtsusega. Lisaks on kavandatud meetod ühilduv tänapäevaste CMOS-tootmisprotsessidega ja seetõttu on sellel potentsiaal revolutsiooniliselt muuta optoelektroonika integreerimist traditsioonilistesse vooluringidesse. See omakorda võib sillutada teed olulistele hüpetele taskukohaste ülikiirete arvutivõrkude ja pilditehnoloogia valdkonnas.
Postituse aeg: 12. november 2024