Яңа технологияюка кремний фотодетекторы
Фотон тоту структуралары нечкә әйберләрдә яктылыкны сеңдерүне көчәйтү өчен кулланыла.кремний фотодетекторлары
Фотоник системалар күп кенә яңа кушымталарда, шул исәптән оптик элемтәдә, liDAR сенсорларында һәм медицина визуализациясендә тиз арада популярлаша бара. Ләкин, фотониканың киләчәктәге инженерлык чишелешләрендә киң кулланылышы җитештерү бәясенә бәйле.фотодетекторлар, бу үз чиратында күбесенчә шул максатта кулланыла торган ярымүткәргеч төренә бәйле.
Гадәттә, кремний (Si) электроника сәнәгатендә иң киң таралган ярымүткәргеч булып тора, шуңа күрә күпчелек тармаклар бу материал тирәсендә үсеп җитте. Кызганычка каршы, Si галлий арсениды (GaAs) кебек башка ярымүткәргечләр белән чагыштырганда якындагы инфракызыл (NIR) спектрда яктылыкны сеңдерү коэффициенты чагыштырмача зәгыйфь. Шуңа күрә GaAs һәм аңа бәйле эретмәләр фотоник кулланылышта уңышлы эшли, ләкин күпчелек электроника җитештерүдә кулланыла торган традицион комплементар металл-оксид ярымүткәргеч (CMOS) процесслары белән туры килми. Бу аларның җитештерү чыгымнарының кискен артуына китерде.
Тикшеренүчеләр кремнийдагы инфракызыл нурланышны сеңдерүне сизелерлек арттыру ысулын уйлап таптылар, бу югары җитештерүчән фотоник җайланмаларда чыгымнарны киметүгә китерергә мөмкин, һәм Калифорния Университетының Дэвис тикшеренү төркеме кремний юка пленкаларында яктылык сеңдерүне сизелерлек яхшырту өчен яңа стратегияне башлап җибәрә. Advanced Photonics Nexus журналындагы соңгы мәкаләләрендә алар беренче тапкыр яктылык тотучы микро һәм нано-өслек структуралары булган кремний нигезендәге фотодетекторның эксперименталь демонстрациясен күрсәтәләр, бу GaAs һәм башка III-V төркем ярымүткәргечләре белән чагыштырырлык дәрәҗәдәге эш нәтиҗәлелеген яхшыртуга ирешәләр. Фотодетектор изоляцияләүче субстратка урнаштырылган микрон калынлыгындагы цилиндрик кремний пластинасыннан тора, металл "бармаклар" пластинаның өске өлешендәге контакт металлыннан бармак чәнечкесе рәвешендә сузыла. Иң мөһиме, төерле кремний фотон тоту урыннары булып хезмәт итүче периодик схема буенча урнаштырылган түгәрәк тишекләр белән тулган. Җайланманың гомуми структурасы гадәттә төшкән яктылыкның өслеккә бәрелгәндә якынча 90° ка бөгелүенә китерә, бу аңа Si яссылыгы буенча янга таралырга мөмкинлек бирә. Бу янга таралу режимнары яктылыкның хәрәкәт озынлыгын арттыра һәм аны нәтиҗәле рәвештә әкренәйтә, бу яктылык-матдә үзара бәйләнешен көчәйтә һәм шулай итеп сеңдерүне арттыра.
Шулай ук, тикшеренүчеләр фотон тоту структураларының йогынтысын яхшырак аңлау өчен оптик симуляцияләр һәм теоретик анализлар үткәрделәр, һәм фотодетекторларны алар белән һәм аларсыз чагыштырып берничә эксперимент үткәрделәр. Алар фотон тотуның NIR спектрында киң полосалы абсорбция нәтиҗәлелеген сизелерлек яхшыртуга китергәнен ачыкладылар, 68% тан югарырак булып, иң югары ноктасы 86% тәшкил итә. Якын инфракызыл диапазонда фотон тоту фотодетекторының абсорбция коэффициенты гади кремнийныкыннан берничә тапкыр югарырак, галлий арсенидыннан артып китүен билгеләп үтәргә кирәк. Моннан тыш, тәкъдим ителгән дизайн 1 мкм калынлыктагы кремний пластиналары өчен булса да, CMOS электроникасы белән туры килә торган 30 нм һәм 100 нм кремний пленкаларын симуляцияләү охшаш яхшыртылган эшчәнлек күрсәтә.
Гомумән алганда, бу тикшеренү нәтиҗәләре кремний нигезендәге фотодетекторларның яңа фотоника кушымталарында эшчәнлеген яхшырту өчен өметле стратегия күрсәтә. Югары абсорбциягә хәтта ультра-нечкә кремний катламнарында да ирешергә мөмкин, һәм схеманың паразит сыйдырышлыгын түбән тотарга мөмкин, бу югары тизлекле системаларда бик мөһим. Моннан тыш, тәкъдим ителгән ысул заманча CMOS җитештерү процесслары белән туры килә һәм шуңа күрә оптоэлектрониканы традицион схемаларга интеграцияләү ысулында революция ясарга мөмкинлек бирә. Бу, үз чиратында, арзанлы ультра-тиз компьютер челтәрләрендә һәм сурәтләү технологиясендә зур сикерешләргә юл ачарга мөмкин.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 12 ноябре