Технологияи нави фотодетектори тунуки силикон

Технологияи навифотодетектори тунуки силикон
Сохторҳои сабти фотонҳо барои беҳтар кардани ҷабби нур дар матоъҳои тунук истифода мешаванд.фотодетекторҳои кремний
Системаҳои фотонӣ дар бисёр барномаҳои нав, аз ҷумла алоқаи оптикӣ, сенсории liDAR ва аксбардории тиббӣ, босуръат маъруфият пайдо мекунанд. Аммо, қабули васеъи фотоника дар роҳҳои ҳалли муҳандисии оянда аз арзиши истеҳсолот вобаста аст.фотодетекторхо, ки дар навбати худ асосан аз намуди нимноқилҳое, ки барои ин мақсад истифода мешаванд, вобаста аст.
Анъанавӣ, кремний (Si) нимноқилтарин дар саноати электроника буд, то ба дараҷае ки аксари соҳаҳо дар атрофи ин мавод рушд кардаанд. Мутаассифона, Si дар муқоиса бо дигар нимноқилҳо, ба монанди арсениди галлий (GaAs), дар спектри наздики инфрасурх (NIR) коэффитсиенти нисбатан заифи ҷабби рӯшноӣ дорад. Аз ин рӯ, GaAs ва хӯлаҳои марбут ба он дар татбиқи фотонӣ рушд мекунанд, аммо бо равандҳои анъанавии нимноқилҳои мукаммали металл-оксид (CMOS), ки дар истеҳсоли аксари электроника истифода мешаванд, мувофиқ нестанд. Ин боиси афзоиши якбораи хароҷоти истеҳсолии онҳо гардид.
Муҳаққиқон роҳеро барои ба таври назаррас беҳтар кардани ҷабби наздики инфрасурх дар кремний таҳия кардаанд, ки метавонад ба коҳиши хароҷот дар дастгоҳҳои фотонии баландсифат оварда расонад ва як гурӯҳи тадқиқотии Донишгоҳи Калифорния, Дэвис, стратегияи наверо барои ба таври назаррас беҳтар кардани ҷабби нур дар плёнкаҳои тунуки кремний пеш мебарад. Дар мақолаи охирини худ дар Advanced Photonics Nexus, онҳо бори аввал намоиши таҷрибавии фотодетектори кремнийро бо сохторҳои микро ва наносатҳии сабткунандаи нур нишон медиҳанд, ки ба беҳбудиҳои бесобиқаи иҷрои муқоисашаванда бо GaAs ва дигар нимноқилҳои гурӯҳи III-V ноил мегарданд. Фотодетектор аз табақи силиндрии ғафсии микрон иборат аст, ки дар зеризаминии изолятсия ҷойгир карда шудааст ва "ангуштони" металлӣ ба шакли чангаки ангушт аз металли тамос дар болои табақ дароз мешаванд. Муҳим он аст, ки кремнийи порчадор бо сӯрохиҳои даврашакл пур карда шудааст, ки дар шакли даврӣ ҷойгир шудаанд ва ҳамчун ҷойҳои сабти фотон амал мекунанд. Сохтори умумии дастгоҳ боис мешавад, ки нури одатан афтад, вақте ки ба сатҳ мерасад, қариб 90° хам шавад ва ба он имкон медиҳад, ки дар паҳлӯ дар баробари сатҳи Si паҳн шавад. Ин усулҳои паҳншавии паҳлӯӣ дарозии ҳаракати рӯшноиро зиёд мекунанд ва онро самаранок суст мекунанд, ки боиси таъсири мутақобилаи бештари моддаҳои рӯшноӣ ва аз ин рӯ, ҷабби онро афзоиш медиҳанд.
Муҳаққиқон инчунин симулятсияҳои оптикӣ ва таҳлилҳои назариявиро барои беҳтар фаҳмидани таъсири сохторҳои забти фотонҳо анҷом доданд ва якчанд таҷрибаҳоро бо муқоисаи фотодетекторҳо бо ва бе онҳо анҷом доданд. Онҳо муайян карданд, ки забти фотонҳо ба беҳбудии назарраси самаранокии ҷабби паҳнои банд дар спектри NIR оварда расонд ва аз 68% бо қуллаи 86% болотар монд. Қобили зикр аст, ки дар банди наздики инфрасурх, коэффитсиенти ҷабби фотодетектори забти фотонҳо нисбат ба кремнийи оддӣ чанд маротиба баландтар аст ва аз арсениди галлий зиёдтар аст. Илова бар ин, гарчанде ки тарҳи пешниҳодшуда барои плитаҳои кремнийи ғафсии 1μm пешбинӣ шудааст, симулятсияҳои плёнкаҳои кремнийи 30 нм ва 100 нм, ки бо электроникаи CMOS мувофиқанд, самаранокии беҳтаршудаи шабеҳро нишон медиҳанд.
Умуман, натиҷаҳои ин таҳқиқот стратегияи умедбахшеро барои беҳтар кардани кори фотодетекторҳои кремний дар асоси кремний дар барномаҳои нави фотоникӣ нишон медиҳанд. Ҳатто дар қабатҳои тунуки кремний ба ҷабби баланд ноил шудан мумкин аст ва иқтидори паразитии схемаро метавон дар паст нигоҳ дошт, ки дар системаҳои баландсуръат муҳим аст. Илова бар ин, усули пешниҳодшуда бо равандҳои муосири истеҳсолии CMOS мувофиқ аст ва аз ин рӯ, имкони инқилоб дар тарзи ҳамгироии оптоэлектроника ба схемаҳои анъанавӣ дорад. Ин, дар навбати худ, метавонад роҳро барои пешрафтҳои назаррас дар шабакаҳои компютерии ултрасуръати дастрас ва технологияи тасвирӣ ҳамвор кунад.