Нова технологија натенок силиконски фотоодектор
Структурите за фаќање фотони се користат за подобрување на апсорпцијата на светлината во тенкаСиликонски фотоодектори
Фотонските системи брзо се стекнуваат со влечење во многу новите апликации, вклучувајќи оптички комуникации, сензори на лидар и медицинска слика. Сепак, широко распространетата усвојување на фотоника во идните инженерски решенија зависи од цената на производствотофотоодектори, што пак во голема мерка зависи од видот на полупроводникот што се користи за таа намена.
Традиционално, силикон (СИ) е најприсутен полупроводник во електронската индустрија, толку многу што повеќето индустрии созреале околу овој материјал. За жал, СИ има релативно слаб коефициент на апсорпција на светлина во блискиот инфрацрвен (NIR) спектар во споредба со другите полупроводници како што е галиум арсенид (GaAs). Поради ова, GaAs и сродните легури напредуваат во фотонски апликации, но не се компатибилни со традиционалните процеси на полупроводнички метал-оксид (CMOS) што се користат во производството на повеќето електроника. Ова доведе до нагло зголемување на нивните трошоци за производство.
Истражувачите смислиле начин да ја зајакнат скоро инфрацрвената апсорпција во силикон, што може да доведе до намалување на трошоците во фотонските уреди со високи перформанси, а истражувачкиот тим на УЗ Дејвис е пионерска нова стратегија за значително подобрување на апсорпцијата на светлината во силиконските тенки филмови. Во нивниот последен труд на Advanced Photonics Nexus, тие за прв пат демонстрираат експериментална демонстрација на силиконски фотоодектор базиран на силикони со микро-и нано-површински структури, постигнувајќи невидени подобрувања во перформансите споредливи со GAAs и други III-V групни полупроводници на групата. Фотодекторот се состои од микрон-дебела цилиндрична силиконска плоча поставена на изолационен супстрат, со метални „прсти“ што се протегаат во мода на вилушка од прсти од металот за контакт на горниот дел од плочата. Уште поважно, груткиот силикон е исполнет со кружни дупки наредени во периодична шема што делува како места за фаќање на фотони. Целокупната структура на уредот предизвикува нормално светло за инциденти да се наведнува за скоро 90 ° кога ќе ја погоди површината, дозволувајќи му да се пропагира странично по рамнината SI. Овие странични режими на пропагирање ја зголемуваат должината на патувањето на светлината и ефикасно ја забавуваат, што доведува до повеќе интеракции со светлина и со тоа и зголемена апсорпција.
Истражувачите исто така спроведоа оптички симулации и теоретски анализи за подобро да ги разберат ефектите од структурите за фаќање фотони и спроведоа неколку експерименти споредувајќи ги фотоодекторите со и без нив. Откриле дека снимањето на фотоните довело до значително подобрување на ефикасноста на апсорпцијата на широкопојасен интернет во спектарот NIR, останувајќи над 68% со врв од 86%. Вреди да се напомене дека во блискиот инфрацрвен опсег, коефициентот на апсорпција на фотолодекторот за фаќање фотон е неколку пати повисок од оној на обичниот силикон, надминувајќи го галиум арсенид. Покрај тоа, иако предложениот дизајн е за силиконски плочи со дебелина од 1 μm, симулации од 30 nm и 100 nm силиконски филмови компатибилни со CMOS електроника покажуваат слична подобрена изведба.
Севкупно, резултатите од оваа студија демонстрираат ветувачка стратегија за подобрување на перформансите на силиконските фотоодектори засновани во новите апликации за фотоника. Високата апсорпција може да се постигне дури и во ултра-тенки силиконски слоеви, а паразитската капацитивност на колото може да се задржи на ниско ниво, што е клучно кај системите со голема брзина. Покрај тоа, предложениот метод е компатибилен со современите процеси на производство на CMOS и затоа има потенцијал да го револуционизира начинот на интегрирана оптоелектроника во традиционалните кола. Ова, пак, може да го отвори патот за значителни скокови во прифатливите компјутерски мрежи и технологија за слики.
Време на објавување: ноември-12-2024 година