Nova tehnologija tankog silikonskog fotodetekata

Nova tehnologija odTanki silikonski fotodeter
Konstrukcije za snimanje fotona koriste se za poboljšanje apsorpcije lampica na tankimSilicijski fotodetektori
Fotonski sustavi brzo stječu vuče u mnogim aplikacijama u nastajanju, uključujući optička komunikacija, lidar osjetljivosti i medicinsko snimanje. Međutim, rašireno usvajanje fotonika u budućim inženjerskim rješenjima ovisi o troškovima proizvodnjefotodetektori, koji zauzvrat u velikoj mjeri ovisi o vrsti poluvodiča koji se koristi u tu svrhu.
Tradicionalno, silicijum (SI) bio je najdužniji poluvodič u industriji elektronike, toliko da je većina industrija sazrela oko ovog materijala. Nažalost, SI ima relativno slab koeficijent apsorpcije lagani u skoro infracrveni (NIR) spektar u odnosu na druge poluvodiče poput galijum arsenida (Gaas). Zbog toga se Gaas i Srodne legure uspevaju u fotoničkim aplikacijama, ali nisu kompatibilni sa tradicionalnim komplementarnim procesima komplementarnog polukruga (CMOS) metala koji se koriste u proizvodnji većine elektronike. To je dovelo do oštrog povećanja troškova proizvodnje.
Istraživači su osmislili način da se uvelike poboljšaju apsorpciju u Silicijum, što bi moglo dovesti do smanjenja troškova na fotografijama visokih performansi, a UC Davis istraživački tim pioniring u velikom poboljšanju apsorpcije svjetlosti u silikonskim tankim filmovima. U svom najnovijoj papiru na Advanced Photonics Nexus demonstriraju eksperimentalnu demonstraciju fotodetekata na bazi silikona sa malim mikro-i nano-površinskim strukturama, postižući neviđene poboljšanja performansi u usporedbi sa GAAS i drugim III-V grupnim poluvodičima. Fotodektor se sastoji od cilindrične silikonske ploče debele cilindrične silikonske ploče postavljene na izolacijskom supstratu, sa metalnim "prstima" koji se protežu u modi na prstiju iz kontaktnog metala na vrhu tanjura. Važno je da se grudvijski silikon napuni kružnim rupama raspoređenim u periodičnom obrascu koji djeluju kao web lokacije za snimanje fotona. Ukupna struktura uređaja uzrokuje da se normalno incidentni lagan savija za gotovo 90 ° kada pogodi površinu, omogućavajući mu da se bočno razmnožava uz avion SI. Ovi režimi rata za bočne širenje povećavaju dužinu putovanja svjetlosti i učinkovito usporavaju ga, što dovodi do više interakcija svjetla i na taj način povećanu apsorpciju.
Istraživači su također proveli optičke simulacije i teorijske analize kako bi bolje razumjeli učinke struktura za snimanje fotona i proveli nekoliko eksperimenata koji uspoređuju fotodetektore sa i bez njih. Otkrili su da je fotonov zarobljenik doveo do značajnog poboljšanja u efikasnosti u širokopojasnom apsorpciji u NIR spektrom, ostajući iznad 68% vrhom od 86%. Vrijedi napomenuti da je u bliskom infracrvenom opsegu koeficijent apsorpcije fotodektora fotonskog hvatanja fotodetektor nekoliko puta veći od onog običnog silikona, što prelazi galijum arsenid. Pored toga, iako je predloženi dizajn za 1 μm debele silikonske ploče, simulacije od 30 Nm i 100 NM silikonskih filmova kompatibilan sa CMOS elektronikom pokazuju slične poboljšane performanse.
Sveukupno, rezultati ove studije pokazuju obećavajuću strategiju za poboljšanje performansi fotodetekata na bazi silikona u aplikacijama za photoniku u nastajanju. Visoka apsorpcija se može postići čak i u ultra tankim silikonskim slojevima, a parazitski kapacitet kruga može se držati niskim, koji je kritičan u sistemima velike brzine. Pored toga, predložena metoda kompatibilna je sa modernim CMOS procesima proizvodnje i stoga može revolucionirati način na koji se optoelektronika integrira u tradicionalne krugove. To bi se zauzvrat moglo utrljati na put značajnim skokovima u pristupačnim ultrafast računarskim mrežama i tehnologijom za snimanje.