Téhnologi anyar tina fotodetektor silikon ipis

Téhnologi anyar tinafotodetektor silikon ipis
Struktur panangkep foton dianggo pikeun ningkatkeun panyerepan cahaya dinafotodetektor silikon
Sistem fotonik gancang pisan dipaké dina seueur aplikasi anu muncul, kalebet komunikasi optik, panginderaan liDAR, sareng pencitraan médis. Nanging, panggunaan fotonik anu nyebar dina solusi rékayasa ka hareup gumantung kana biaya manufaktur.potodetéktor, anu antukna gumantung pisan kana jinis semikonduktor anu dianggo pikeun tujuan éta.
Sacara tradisional, silikon (Si) parantos janten semikonduktor anu paling umum dina industri éléktronika, sahingga kalolobaan industri parantos dewasa di sakitar bahan ieu. Hanjakalna, Si gaduh koéfisién panyerepan cahaya anu relatif lemah dina spéktrum infra red caket (NIR) dibandingkeun sareng semikonduktor sanés sapertos galium arsenida (GaAs). Kusabab ieu, GaAs sareng paduan anu aya hubunganana berkembang pesat dina aplikasi fotonik tapi henteu cocog sareng prosés semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) tradisional anu dianggo dina produksi kalolobaan éléktronika. Ieu nyababkeun kanaékan anu seukeut dina biaya manufakturna.
Para panalungtik parantos nyiptakeun cara pikeun ningkatkeun panyerepan infrabeureum caket dina silikon, anu tiasa nyababkeun pangurangan biaya dina alat fotonik kinerja tinggi, sareng tim panalungtik UC Davis nuju ngarintis strategi énggal pikeun ningkatkeun panyerepan cahaya dina pilem ipis silikon. Dina makalah panganyarna di Advanced Photonics Nexus, aranjeunna nunjukkeun pikeun kahiji kalina demonstrasi ékspériméntal tina fotodetektor berbasis silikon kalayan struktur mikro sareng nano-permukaan anu nangkep cahaya, ngahontal paningkatan kinerja anu teu acan pernah aya anu tiasa dibandingkeun sareng GaAs sareng semikonduktor grup III-V anu sanés. Fotodetektor diwangun ku pelat silikon silinder kandel mikron anu disimpen dina substrat insulasi, kalayan "ramo" logam manjang dina gaya garpu ramo tina logam kontak di luhur pelat. Anu penting, silikon anu gumpal dieusi ku liang bunderan anu disusun dina pola périodik anu bertindak salaku tempat nangkep foton. Struktur sakabéh alat nyababkeun cahaya anu biasana datang ngabengkokkeun ampir 90° nalika pencét permukaan, ngamungkinkeun éta nyebar ka sisi sapanjang bidang Si. Modeu rambatan lateral ieu ningkatkeun panjang perjalanan cahaya sareng sacara efektif ngalambatkeunana, anu ngarah kana langkung seueur interaksi cahaya-materi sahingga ningkatkeun panyerepan.
Para panalungtik ogé ngalaksanakeun simulasi optik sareng analisis téoritis pikeun langkung ngartos pangaruh struktur panangkepan foton, sareng ngalaksanakeun sababaraha ékspérimén anu ngabandingkeun fotodetektor nganggo sareng tanpa éta. Aranjeunna mendakan yén panangkepan foton nyababkeun paningkatan anu signifikan dina efisiensi panyerepan broadband dina spéktrum NIR, tetep di luhur 68% kalayan puncak 86%. Perlu dicatet yén dina pita infra red caket, koéfisién panyerepan fotodetektor panangkepan foton sababaraha kali langkung luhur tibatan silikon biasa, ngaleuwihan galium arsenida. Salaku tambahan, sanaos desain anu diusulkeun pikeun pelat silikon kandel 1μm, simulasi pilem silikon 30 nm sareng 100 nm anu cocog sareng éléktronika CMOS nunjukkeun kinerja anu ditingkatkeun anu sami.
Sacara umum, hasil panilitian ieu nunjukkeun strategi anu ngajangjikeun pikeun ningkatkeun kinerja fotodetektor berbasis silikon dina aplikasi fotonik anu muncul. Serapan anu luhur tiasa kahontal bahkan dina lapisan silikon ultra-ipis, sareng kapasitansi parasit sirkuit tiasa dijaga rendah, anu penting pisan dina sistem kecepatan tinggi. Salaku tambahan, metode anu diusulkeun cocog sareng prosés manufaktur CMOS modéren sareng ku kituna gaduh poténsi pikeun ngarévolusi cara optoéléktronik diintegrasikeun kana sirkuit tradisional. Ieu, kahareupna, tiasa muka jalan pikeun lompatan anu penting dina jaringan komputer ultra-gancang anu terjangkau sareng téknologi pencitraan.