Uusi ohut pii -valodetektorin tekniikka

Uusi tekniikkaohut pii -valodetektori
Fotonien sieppausrakenteita käytetään parantamaan valon imeytymistä ohuenapiikolodeektorit
Fotoniset järjestelmät saavat nopeasti vetovoimaa monissa nousevissa sovelluksissa, mukaan lukien optinen viestintä, Lidar -tunnistus ja lääketieteellinen kuvantaminen. Fotoniikan laaja käyttöönotto tulevaisuuden tekniikan ratkaisuissa riippuu kuitenkin valmistuksen kustannuksistafotodeektorit, mikä puolestaan ​​riippuu suurelta osin tähän tarkoitukseen käytettyjen puolijohteiden tyypistä.
Perinteisesti pii (SI) on ollut elektroniikkateollisuuden yleisin puolijohde, niin paljon, että suurin osa toimialoista on kypsynyt tämän materiaalin ympärille. Valitettavasti SI: llä on suhteellisen heikko valon imeytymiskerroin läheisessä infrapuna (NIR) -spektrissä verrattuna muihin puolijohdeisiin, kuten gallium -arsenidiin (GAAS). Tämän vuoksi GAA: t ja siihen liittyvät seokset kukoistavat fotonisissa sovelluksissa, mutta eivät ole yhteensopivia perinteisten komplementaaristen metallioksidipemonductor (CMOS) -prosessien kanssa, joita käytetään useimpien elektroniikan tuotannossa. Tämä johti niiden valmistuskustannusten voimakkaaseen kasvuun.
Tutkijat ovat suunnitelleet tavan parantaa huomattavasti infrapuna-absorptiota piikkiin, mikä voi johtaa korkean suorituskyvyn fotonisten laitteiden kustannusvähennyksiin, ja UC Davis -tutkimusryhmä on edelläkävijä uutta strategiaa parantaakseen kevyen imeytymisen huomattavasti piikuloissa. Viimeisimmässä Advanced Photonics Nexus -lehdessä he osoittavat ensimmäistä kertaa kokeellisen osoittamisen piikoladetta koskevasta fotodeetorista, jolla on kevyen kypsymisen mikro- ja nanopintarakenteita, saavuttaen ennennäkemättömät suorituskyvyn parannukset, jotka ovat verrattavissa GAA: iin ja muihin III-V-ryhmäpuoliskoihin. Valodetektori koostuu mikronpaksusta lieriömäisestä piililevystä, joka on asetettu eristävälle substraatille, metallien "sormet", jotka ulottuvat sormenhaarkista, kosketusmetallista levyn yläosassa. Tärkeää on, että lumpy pii on täynnä pyöreitä reikiä, jotka on järjestetty jaksollisessa kuviossa, joka toimii fotonien sieppauspaikoina. Laitteen kokonaisrakenne aiheuttaa normaalisti tapahtuvan valon taipumisen lähes 90 °: lla, kun se osuu pintaan, jolloin se voi levittää sivusuunnassa Si -tasoa pitkin. Nämä sivuttaiset etenemismoodit lisäävät valon matkan pituutta ja hidastavat sitä tehokkaasti, mikä johtaa enemmän valon vuorovaikutuksiin ja siten lisääntyneeseen imeytymiseen.
Tutkijat suorittivat myös optisia simulaatioita ja teoreettisia analyysejä ymmärtääkseen paremmin fotonien sieppausrakenteiden vaikutuksia ja suorittivat useita kokeita vertaamalla fotodeektoreita niihin ja ilman niitä. He havaitsivat, että fotonien sieppaaminen johti merkittävään paranemiseen laajakaistan imeytymistehokkuudessa NIR -spektrissä, pysyen yli 68% huipun ollessa 86%. On syytä huomata, että läheisessä infrapunakaistalla fotonien sieppauksen fotodector -absorptiokerroin on useita kertoja korkeampi kuin tavallisen piin, joka ylittää gallium -arsenidin. Lisäksi, vaikka ehdotettu muotoilu on 1 μm paksuille piihalevyille, simulaatiot 30 nm ja 100 nm: n piikalvot ovat yhteensopivia CMOS -elektroniikan kanssa samanlaisen parantuneen suorituskyvyn kanssa.
Kaiken kaikkiaan tämän tutkimuksen tulokset osoittavat lupaavan strategian piipohjaisten fotodeektorien suorituskyvyn parantamiseksi nousevissa fotonisovelluksissa. Korkea absorptio voidaan saavuttaa jopa erittäin ohuissa piikerroksissa, ja piirin loisten kapasitanssi voidaan pitää alhaisena, mikä on kriittinen nopeassa järjestelmässä. Lisäksi ehdotettu menetelmä on yhteensopiva nykyaikaisten CMOS -valmistusprosessien kanssa, ja siksi sillä on mahdollisuus mullistaa tapa, jolla optoelektroniikka on integroitu perinteisiin piireihin. Tämä puolestaan ​​voisi tasoittaa tietä huomattaville harppauksille edullisissa ultraopeassa tietokoneverkoissa ja kuvantamistekniikassa.