Teknologi anyar fotodetektor silikon tipis

Teknologi anyar sakafotodetektor silikon tipis
Struktur panangkep foton digunakake kanggo ningkatake panyerepan cahya ing lapisan tipisfotodetektor silikon
Sistem fotonik saya cepet entuk daya tarik ing pirang-pirang aplikasi sing lagi muncul, kalebu komunikasi optik, penginderaan liDAR, lan pencitraan medis. Nanging, adopsi fotonik sing nyebar ing solusi teknik ing mangsa ngarep gumantung saka biaya manufaktur.fotodetektor, sing banjur gumantung banget marang jinis semikonduktor sing digunakake kanggo tujuan kasebut.
Sacara tradisional, silikon (Si) wis dadi semikonduktor sing paling umum digunakake ing industri elektronik, nganti umume industri wis diwasa ing sekitar bahan iki. Sayange, Si nduweni koefisien penyerapan cahya sing relatif lemah ing spektrum inframerah cedhak (NIR) dibandhingake karo semikonduktor liyane kayata galium arsenida (GaAs). Amarga iki, GaAs lan paduan sing gegandhengan saya berkembang ing aplikasi fotonik nanging ora kompatibel karo proses semikonduktor logam-oksida komplementer tradisional (CMOS) sing digunakake ing produksi umume elektronik. Iki nyebabake kenaikan biaya manufaktur sing tajem.
Para peneliti wis ngrancang cara kanggo ningkatake panyerepan inframerah cedhak ing silikon, sing bisa nyebabake pangirangan biaya ing piranti fotonik kinerja dhuwur, lan tim riset UC Davis lagi miwiti strategi anyar kanggo ningkatake panyerepan cahya ing film tipis silikon. Ing makalah paling anyar ing Advanced Photonics Nexus, dheweke nduduhake kanggo pisanan demonstrasi eksperimen fotodetektor berbasis silikon kanthi struktur mikro lan nano-permukaan sing nangkep cahya, entuk peningkatan kinerja sing durung tau ana sadurunge sing bisa dibandhingake karo GaAs lan semikonduktor grup III-V liyane. Fotodetektor kasebut kasusun saka pelat silikon silinder kandel mikron sing diselehake ing substrat insulasi, kanthi "driji" logam sing metu kanthi cara driji-garpu saka logam kontak ing sisih ndhuwur pelat. Sing penting, silikon sing kental diisi karo bolongan bunder sing disusun kanthi pola periodik sing tumindak minangka situs panangkepan foton. Struktur sakabèhé piranti kasebut nyebabake cahya sing biasane mlebu mlengkung meh 90° nalika nabrak permukaan, saengga bisa nyebar kanthi lateral ing sadawane bidang Si. Mode rambatan lateral iki nambah dawane perjalanan cahya lan kanthi efektif ngalangi, sing nyebabake luwih akeh interaksi cahya-materi lan kanthi mangkono nambah panyerepan.
Para peneliti uga nganakake simulasi optik lan analisis teoretis kanggo luwih mangerteni efek struktur penangkap foton, lan nganakake sawetara eksperimen sing mbandhingake fotodetektor nganggo lan tanpa. Dheweke nemokake manawa penangkap foton nyebabake peningkatan sing signifikan ing efisiensi penyerapan broadband ing spektrum NIR, tetep ing ndhuwur 68% kanthi puncak 86%. Perlu dicathet yen ing pita inframerah cedhak, koefisien penyerapan fotodetektor penangkap foton kaping pirang-pirang luwih dhuwur tinimbang silikon biasa, ngluwihi galium arsenida. Kajaba iku, sanajan desain sing diusulake kanggo pelat silikon kandel 1μm, simulasi film silikon 30 nm lan 100 nm sing kompatibel karo elektronik CMOS nuduhake kinerja sing ditingkatake sing padha.
Sakabèhé, asil saka panliten iki nduduhake strategi sing janjeni kanggo ningkatake kinerja fotodetektor berbasis silikon ing aplikasi fotonik sing lagi muncul. Penyerapan sing dhuwur bisa digayuh sanajan ing lapisan silikon ultra-tipis, lan kapasitansi parasit sirkuit bisa dijaga tetep rendah, sing penting banget ing sistem kecepatan tinggi. Kajaba iku, metode sing diusulake kompatibel karo proses manufaktur CMOS modern lan mulane nduweni potensi kanggo ngrevolusi cara optoelektronik diintegrasikan menyang sirkuit tradisional. Iki, sabanjure, bisa mbukak dalan kanggo lompatan substansial ing jaringan komputer ultra-cepet sing terjangkau lan teknologi pencitraan.