Nije technology fantinne silisium fotodetektor
Fotonfangstrukturen wurde brûkt om ljochtabsorpsje yn tinne lagen te ferbetterjensilisium fotodetektors
Fotonyske systemen krije rap oan populariteit yn in protte opkommende tapassingen, ynklusyf optyske kommunikaasje, liDAR-deteksje en medyske ôfbylding. De wiidfersprate oannimmen fan fotonika yn takomstige technyske oplossingen hinget lykwols ôf fan 'e produksjekosten.fotodetektors, wat op syn beurt foar in grut part ôfhinklik is fan it type healgeleider dat foar dat doel brûkt wurdt.
Tradisjoneel is silisium (Si) de meast foarkommende healgeleider yn 'e elektroanika-yndustry, safolle sels dat de measte yndustryen om dit materiaal hinne folwoeksen wurden binne. Spitigernôch hat Si in relatyf swakke ljochtabsorpsjekoëffisjint yn it tichtby ynfraread (NIR) spektrum yn ferliking mei oare healgeleiders lykas galliumarsenide (GaAs). Hjirtroch bloeie GaAs en relatearre legeringen yn fotonyske tapassingen, mar binne se net kompatibel mei de tradisjonele komplementêre metaalokside-healgeleider (CMOS) prosessen dy't brûkt wurde by de produksje fan de measte elektroanika. Dit late ta in skerpe tanimming fan har produksjekosten.
Undersykers hawwe in manier betocht om de absorpsje fan tichtby-ynfraread yn silisium sterk te ferbetterjen, wat kin liede ta kostenreduksjes yn hege prestaasjes fotonyske apparaten, en in ûndersyksteam fan UC Davis is pionier yn in nije strategy om de ljochtabsorpsje yn tinne silisiumfilms sterk te ferbetterjen. Yn har lêste artikel by Advanced Photonics Nexus demonstrearje se foar it earst in eksperimintele demonstraasje fan in op silisium basearre fotodetektor mei ljochtfangende mikro- en nano-oerflakstrukturen, wêrby't se noch nea earder sjoen prestaasjesferbetteringen berikke dy't te fergelykjen binne mei GaAs en oare healgeleiders fan 'e III-V-groep. De fotodetektor bestiet út in mikron-dikke silindryske silisiumplaat pleatst op in isolearjend substraat, mei metalen "fingers" dy't yn in fingerfoark-foarm útstekke fan it kontaktmetaal oan 'e boppekant fan' e plaat. Wichtich is dat it klonterige silisium fol is mei sirkelfoarmige gatten dy't yn in periodyk patroan arranzjearre binne dy't fungearje as fotonfangplakken. De algemiene struktuer fan it apparaat soarget derfoar dat it normaal ynfallende ljocht hast 90 ° bûcht as it it oerflak rekket, wêrtroch it him lateraal lâns it Si-flak ferspriede kin. Dizze laterale fuortplantingsmodi fergrutsje de lingte fan 'e reis fan ljocht en fertrage it effektyf, wat liedt ta mear ynteraksjes tusken ljocht en matearje en dus ferhege absorpsje.
De ûndersikers fierden ek optyske simulaasjes en teoretyske analyses út om de effekten fan fotonfangststrukturen better te begripen, en fierden ferskate eksperiminten út wêrby't fotodetektors mei en sûnder fotodetektors fergelike waarden. Se fûnen út dat fotonfangst late ta in wichtige ferbettering fan 'e effisjinsje fan breedbân-absorpsje yn it NIR-spektrum, en boppe de 68% bleau mei in pyk fan 86%. It is it neamen wurdich dat yn 'e tichtby ynfrareade band de absorpsjekoëffisjint fan 'e fotonfangstfotodetektor ferskate kearen heger is as dy fan gewoan silisium, en galliumarsenide oertreft. Derneist, hoewol it foarstelde ûntwerp is foar 1μm dikke silisiumplaten, litte simulaasjes fan 30 nm en 100 nm silisiumfilms kompatibel mei CMOS-elektroanika ferlykbere ferbettere prestaasjes sjen.
Oer it algemien litte de resultaten fan dizze stúdzje in beloftefolle strategy sjen foar it ferbetterjen fan de prestaasjes fan op silisium basearre fotodetektors yn opkommende fotonika-tapassingen. Hege absorpsje kin sels yn ultratinne silisiumlagen berikt wurde, en de parasitêre kapasitans fan it sirkwy kin leech hâlden wurde, wat kritysk is yn hege-snelheidssystemen. Derneist is de foarstelde metoade kompatibel mei moderne CMOS-produksjeprosessen en hat dêrom de potinsje om de manier wêrop opto-elektroanika yn tradisjonele sirkwy's yntegreare wurdt, te revolúsjonearjen. Dit kin op syn beurt de wei baan meitsje foar substansjele sprongen yn betelbere ultrasnelle kompjûternetwurken en ôfbyldingstechnology.
Pleatsingstiid: 12 novimber 2024