Новая тэхналогіяТонкі фотадэтэктар крэмнію
Структуры захопу фатонаў выкарыстоўваюцца для ўзмацнення паглынання святла ў тонкімкрэмніевыя фотадэтэктары
Фатанічныя сістэмы хутка набіраюць цягу ў многіх новых прыкладаннях, у тым ліку аптычнай камунікацыі, зандзіравання лідара і медыцынскай тамаграфіі. Аднак шырокае прыняцце фатонікі ў будучых інжынерных рашэннях залежыць ад кошту вытворчасціфотадэтэктары, што, у сваю чаргу, шмат у чым залежыць ад тыпу паўправадніка, які выкарыстоўваецца для гэтай мэты.
Традыцыйна крэмній (СІ) быў самым паўсюдным паўправадніком у галіне электронікі, настолькі, што большасць галін саспела вакол гэтага матэрыялу. На жаль, SI мае адносна слабы каэфіцыент паглынання святла ў блізкім інфрачырвоным (NIR) спектрам у параўнанні з іншымі паўправаднікамі, такімі як арсенід галія (GAAS). З-за гэтага GAAS і звязаныя з імі сплавы квітнеюць у фатонных дадатках, але не сумяшчальныя з традыцыйнымі працэсамі дадатковага металу-аксіду (CMOS), якія выкарыстоўваюцца ў вытворчасці большасці электронікі. Гэта прывяло да рэзкага павелічэння выдаткаў на вытворчасць.
Даследчыкі распрацавалі спосаб значна павялічыць амаль інфрачырвонае паглынанне ў крэмнію, што можа прывесці да зніжэння выдаткаў на высокапрадукцыйныя фатонныя прылады, а даследчая група UC Davis піяніруе новую стратэгію, каб значна палепшыць паглынанне святла ў крэмніевых тонкіх плёнках. У сваёй апошняй працы ў Advanced Photonics Nexus яны ўпершыню дэманструюць эксперыментальную дэманстрацыю фотадэтэктара на аснове крэмнію з мікра-каптуючымі структурамі і нана-паверхні, дасягнуўшы беспрэцэдэнтных паляпшэнняў прадукцыйнасці, параўнальных з GAAS і іншымі III-V групавых паўправаднікоў. Фотадэтэктар складаецца з цыліндрычнай талеркі з таўшчынёй мікраэлементаў, размешчанай на ізаляцыйнай падкладцы, з металічнымі "пальцамі", які праходзіць па пальцах, ад кантактнага металу ў верхняй частцы пліты. Важна адзначыць, што камякскі крэмній запоўнены кругавымі адтулінамі, размешчанымі ў перыядычным малюнку, які дзейнічае як сайты захопу фатонаў. Агульная структура прылады прыводзіць да таго, што звычайна падае святло выгінаецца амаль на 90 °, калі ён трапляе на паверхню, што дазваляе яму распаўсюджвацца ў бакавым уздоўж плоскасці SI. Гэтыя бакавыя рэжымы распаўсюджвання павялічваюць даўжыню падарожжаў святла і эфектыўна запавольваюць яго, што прыводзіць да больш узаемадзеянняў лёгкіх і, такім чынам, павелічэння паглынання.
Даследчыкі таксама правялі аптычныя мадэляванні і тэарэтычны аналіз, каб лепш зразумець эфекты структур захопу фатонаў, і правялі некалькі эксперыментаў, параўноўваючы фотадэтэктары з і без іх. Яны выявілі, што заход фатонаў прывёў да значнага паляпшэння эфектыўнасці паглынання шырокапалоснага доступу ў спектры NIR, застаючыся вышэй за 68% з пікам 86%. Варта адзначыць, што ў блізкай інфрачырвонай паласе каэфіцыент паглынання фотадэтэктара захопу фатона ў некалькі разоў вышэй, чым у звычайнага крэмнію, які перавышае арсенід галію. Акрамя таго, нягледзячы на тое, што прапанаваная канструкцыя складаецца з крэмнію таўшчынёй 1 мкм, мадэляванне 30 нм і 100 нм крэмнійных плёнак, сумяшчальных з CMOS Electronics, паказвае падобныя павышаныя характарыстыкі.
У цэлым вынікі гэтага даследавання дэманструюць перспектыўную стратэгію павышэння прадукцыйнасці фотадэтэктараў на аснове крэмнію ў новых прыкладаннях фатонікі. Высокае паглынанне можа быць дасягнута нават у звыш тонкіх крэмніевых пластах, а паразітарная ёмістасць ланцуга можа быць нізкай, што мае вырашальнае значэнне ў хуткасных сістэмах. Акрамя таго, прапанаваны метад сумяшчальны з сучаснымі працэсамі вытворчасці CMOS, і таму мае патэнцыял для рэвалюцыі ў спосабе інтэграцыі оптаэлектронікі ў традыцыйныя схемы. Гэта, у сваю чаргу, можа пракласці шлях для значных скачкоў у даступных ультрафільмах камп'ютэрных сетках і тэхналогіі візуалізацыі.
Час паведамлення: 22-2024