Нова технология натънък силиконов фотодетектор
Структурите за улавяне на фотони се използват за подобряване на абсорбцията на светлината в тънкаСиликонови фотодетектори
Фотонните системи бързо придобиват сцепление в много нововъзникващи приложения, включително оптични комуникации, лидар за сензор и медицински изображения. Въпреки това, широкото приемане на фотониката в бъдещите инженерни решения зависи от цената на производствотоФототектори, което от своя страна зависи до голяма степен от вида на полупроводника, използван за тази цел.
Традиционно силиций (SI) е най -повсеместният полупроводник в индустрията на електрониката, дотолкова, че повечето индустрии са узряли около този материал. За съжаление, SI има сравнително слаб коефициент на абсорбция на светлина в близкия инфрачервен (NIR) спектър в сравнение с други полупроводници като галий арсенид (GAAS). Поради това GAAS и свързаните сплави процъфтяват във фотонните приложения, но не са съвместими с традиционните допълнителни металооксидни полупроводникови процеси (CMOS), използвани при производството на повечето електроника. Това доведе до рязко увеличаване на производствените им разходи.
Изследователите са измислили начин за значително подобряване на почти инфрачервената абсорбция в силиций, което може да доведе до намаляване на разходите на високоефективни фотонични устройства, а изследователският екип на UC Davis е пионер за нова стратегия за значително подобряване на абсорбцията на светлината в силиконовите тънки филми. В последния си документ в Advanced Photonics Nexus, те демонстрират за първи път експериментална демонстрация на фотодетектор на силиций на базата на силиций с микро-леки микро-нано-повърхностни структури, постигайки безпрецедентни подобрения на производителността, сравними с GAAS и други полупроводници от III-V група. Фотоенекторът се състои от цилиндрична силиконова плоча с дебелина микрона, поставена върху изолационен субстрат, като металните „пръсти“ се простират по мода на пръста от контактния метал в горната част на чинията. Важното е, че бучкият силиций е изпълнен с кръгови дупки, подредени в периодичен модел, който действа като места за заснемане на фотон. Общата структура на устройството причинява нормално падаща светлина да се огъва с близо 90 °, когато удари повърхността, което му позволява да се разпространява странично по равнината на SI. Тези странични режими на разпространение увеличават дължината на пътуването на светлината и ефективно я забавят, което води до по-големи взаимодействия на светлината и по този начин увеличава абсорбцията.
Изследователите също проведоха оптични симулации и теоретични анализи, за да разберат по -добре ефектите на структурите за улавяне на фотони и проведоха няколко експеримента, сравнявайки фотодетекторите с и без тях. Те откриха, че улавянето на фотона води до значително подобрение на ефективността на широколентовата абсорбция в NIR спектъра, оставайки над 68% с пик от 86%. Струва си да се отбележи, че в близката инфрачервена лента коефициентът на абсорбция на фотодетектора за улавяне на фотон е няколко пъти по -висок от този на обикновения силиций, надвишаващ галиев арсенид. В допълнение, въпреки че предложеният дизайн е за силиконови плочи с дебелина 1 μm, симулациите от 30 nm и 100 nm силициеви филми, съвместими с CMOS електроника, показват подобна подобрена производителност.
Като цяло, резултатите от това проучване демонстрират обещаваща стратегия за подобряване на работата на фотодетектори, базирани на силиций, в нововъзникващите приложения за фотоника. Високата абсорбция може да се постигне дори в ултра тънки силициеви слоеве, а паразитният капацитет на веригата може да бъде поддържан нисък, което е от решаващо значение при високоскоростните системи. В допълнение, предложеният метод е съвместим със съвременните производствени процеси на CMOS и следователно има потенциал да революционизира начина, по който оптоелектрониката е интегрирана в традиционните схеми. Това от своя страна би могло да проправи пътя за значителни скокове в достъпни ултрабързи компютърни мрежи и изображения.
Време за публикация: ноември 12-2024