Noua tehnologie aFotodetector subțire de siliciu
Structurile de captare a fotonilor sunt utilizate pentru a îmbunătăți absorbția luminii în subțireFotodetectoare de siliciu
Sistemele fotonice câștigă rapid tracțiune în multe aplicații emergente, inclusiv comunicații optice, senzor lidar și imagini medicale. Cu toate acestea, adoptarea pe scară largă a fotonicii în viitoarele soluții de inginerie depinde de costul producțieifotodetectoare, care la rândul său depinde în mare măsură de tipul de semiconductor utilizat în acest scop.
În mod tradițional, siliciul (SI) a fost cel mai omniprezent semiconductor din industria electronică, atât de mult încât majoritatea industriilor s -au maturizat în jurul acestui material. Din păcate, SI are un coeficient de absorbție a luminii relativ slabe în spectrul aproape infraroșu (NIR) în comparație cu alți semiconductori, cum ar fi arsenida de galiu (GAAS). Din această cauză, GaA și aliajele înrudite prosperă în aplicații fotonice, dar nu sunt compatibile cu procesele tradiționale de semiconductor metalic-oxid de metal (CMOS) utilizate în producția de majoritatea electronicelor. Aceasta a dus la o creștere accentuată a costurilor lor de fabricație.
Cercetătorii au conceput o modalitate de a îmbunătăți mult absorbția aproape infraroșu în siliciu, ceea ce ar putea duce la reduceri de costuri ale dispozitivelor fotonice de înaltă performanță, iar o echipă de cercetare UC Davis este de pionierat o nouă strategie pentru a îmbunătăți mult absorbția ușoară în filmele subțiri de siliciu. În ultima lor lucrare de la Advanced Photonics Nexus, acestea demonstrează pentru prima dată o demonstrație experimentală a unui fotodetector pe bază de siliciu, cu structuri de micro-nano-suprafață de captare a luminii, realizând îmbunătățiri de performanță fără precedent, comparabile cu GAA și alte semiconductoare de grup III-V. Fotodetetorul este format dintr-o placă de siliciu cilindrică cu grosime de micron, așezată pe un substrat izolant, cu „degetele” metalice care se extinde într-o manieră de forță de deget din metalul de contact din partea de sus a plăcii. Important de important, siliconul plin de viață este umplut cu găuri circulare dispuse într -un model periodic care acționează ca site -uri de captare a fotonului. Structura generală a dispozitivului face ca lumina normală incidentă să se îndoaie cu aproape 90 ° atunci când lovește suprafața, permițându -i să se propage lateral de -a lungul planului SI. Aceste moduri de propagare laterală cresc durata deplasării luminii și o încetinesc efectiv, ceea ce duce la mai multe interacțiuni cu materie ușoară și, astfel, a crescut absorbția.
Cercetătorii au efectuat, de asemenea, simulări optice și analize teoretice pentru a înțelege mai bine efectele structurilor de captare a fotonilor și au efectuat mai multe experimente care compară fotodetectoare cu și fără ele. Ei au descoperit că captura de foton a dus la o îmbunătățire semnificativă a eficienței de absorbție a bandelor largi în spectrul NIR, rămânând peste 68% cu un vârf de 86%. Este demn de remarcat faptul că în banda aproape infraroșu, coeficientul de absorbție al fotodetectorului de captare a fotonului este de mai multe ori mai mare decât cel al siliconului obișnuit, care depășește arsenida de galiu. În plus, deși designul propus este pentru plăci de siliciu gros de 1μM, simulările de 30 nm și 100 nm de filme de siliciu compatibile cu electronice CMOS prezintă o performanță similară îmbunătățită.
În general, rezultatele acestui studiu demonstrează o strategie promițătoare pentru îmbunătățirea performanței fotodetectorilor pe bază de siliciu în aplicațiile fotonice emergente. Absorbția ridicată poate fi obținută chiar și în straturi de siliciu ultra-subțire, iar capacitatea parazită a circuitului poate fi menținută scăzută, ceea ce este esențial în sistemele de mare viteză. În plus, metoda propusă este compatibilă cu procesele moderne de fabricație a CMOS și, prin urmare, are potențialul de a revoluționa modul în care optoelectronica este integrată în circuitele tradiționale. La rândul său, acest lucru ar putea deschide calea pentru salturi substanțiale în rețele de calculatoare ultraratabile și tehnologie imagistică.
Timpul post: 12-2024 nov