Technoleg newydd offotodetector silicon tenau
Defnyddir strwythurau dal ffoton i wella amsugno golau mewn tenauffotosynwyryddion silicon
Mae systemau ffotonig yn prysur ennill eu plwyf mewn llawer o gymwysiadau sy'n dod i'r amlwg, gan gynnwys cyfathrebu optegol, synhwyro liDAR, a delweddu meddygol. Fodd bynnag, mae mabwysiadu ffotoneg yn eang mewn datrysiadau peirianneg yn y dyfodol yn dibynnu ar gost gweithgynhyrchuffotosynwyryddion, sydd yn ei dro yn dibynnu i raddau helaeth ar y math o lled-ddargludydd a ddefnyddir at y diben hwnnw.
Yn draddodiadol, silicon (Si) fu'r lled-ddargludydd mwyaf hollbresennol yn y diwydiant electroneg, cymaint fel bod y rhan fwyaf o ddiwydiannau wedi aeddfedu o amgylch y deunydd hwn. Yn anffodus, mae gan Si gyfernod amsugno golau cymharol wan yn y sbectrwm isgoch agos (NIR) o'i gymharu â lled-ddargludyddion eraill fel gallium arsenide (GaAs). Oherwydd hyn, mae GaAs ac aloion cysylltiedig yn ffynnu mewn cymwysiadau ffotonig ond nid ydynt yn gydnaws â'r prosesau lled-ddargludyddion metel-ocsid cyflenwol traddodiadol (CMOS) a ddefnyddir wrth gynhyrchu'r rhan fwyaf o electroneg. Arweiniodd hyn at gynnydd sydyn yn eu costau gweithgynhyrchu.
Mae ymchwilwyr wedi dyfeisio ffordd i wella amsugno agos-isgoch mewn silicon yn fawr, a allai arwain at leihau costau dyfeisiau ffotonig perfformiad uchel, ac mae tîm ymchwil UC Davis yn arloesi strategaeth newydd i wella amsugno golau mewn ffilmiau tenau silicon yn fawr. Yn eu papur diweddaraf yn Advanced Photonics Nexus, maent yn arddangos am y tro cyntaf arddangosiad arbrofol o ffotosynhwyrydd seiliedig ar silicon gyda strwythurau micro-a nano-wyneb sy'n dal golau, gan gyflawni gwelliannau perfformiad digynsail sy'n debyg i GaAs a lled-ddargludyddion grŵp III-V eraill. . Mae'r ffotosynhwyrydd yn cynnwys plât silicon silindrog micron-trwchus wedi'i osod ar swbstrad inswleiddio, gyda “bysedd” metel yn ymestyn mewn fforch bys o'r metel cyswllt ar frig y plât. Yn bwysig, mae'r silicon talpiog wedi'i lenwi â thyllau crwn wedi'u trefnu mewn patrwm cyfnodol sy'n gweithredu fel safleoedd dal ffoton. Mae strwythur cyffredinol y ddyfais yn achosi i'r golau sy'n digwydd fel arfer blygu bron i 90 ° pan fydd yn taro'r wyneb, gan ganiatáu iddo ymledu yn ochrol ar hyd yr awyren Si. Mae'r dulliau lluosogi ochrol hyn yn cynyddu hyd teithio golau ac yn ei arafu i bob pwrpas, gan arwain at fwy o ryngweithio materol ysgafn ac felly mwy o amsugno.
Cynhaliodd yr ymchwilwyr hefyd efelychiadau optegol a dadansoddiadau damcaniaethol i ddeall yn well effeithiau strwythurau dal ffoton, a chynhaliwyd sawl arbrawf yn cymharu ffotosynwyryddion gyda nhw a hebddynt. Canfuwyd bod cipio ffotonau wedi arwain at welliant sylweddol mewn effeithlonrwydd amsugno band eang yn y sbectrwm NIR, gan aros yn uwch na 68% gydag uchafbwynt o 86%. Mae'n werth nodi, yn y band isgoch agos, bod cyfernod amsugno ffotodetector dal ffoton sawl gwaith yn uwch na silicon cyffredin, sy'n fwy na gallium arsenide. Yn ogystal, er bod y dyluniad arfaethedig ar gyfer platiau silicon 1μm o drwch, mae efelychiadau o ffilmiau silicon 30 nm a 100 nm sy'n gydnaws ag electroneg CMOS yn dangos perfformiad gwell tebyg.
Yn gyffredinol, mae canlyniadau'r astudiaeth hon yn dangos strategaeth addawol ar gyfer gwella perfformiad ffotosynwyryddion sy'n seiliedig ar silicon mewn cymwysiadau ffotoneg sy'n dod i'r amlwg. Gellir cyflawni amsugno uchel hyd yn oed mewn haenau silicon uwch-denau, a gellir cadw cynhwysedd parasitig y gylched yn isel, sy'n hanfodol mewn systemau cyflym. Yn ogystal, mae'r dull arfaethedig yn gydnaws â phrosesau gweithgynhyrchu CMOS modern ac felly mae ganddo'r potensial i chwyldroi'r ffordd y mae optoelectroneg yn cael ei integreiddio i gylchedau traddodiadol. Gallai hyn, yn ei dro, baratoi’r ffordd ar gyfer datblygiadau sylweddol mewn rhwydweithiau cyfrifiadurol gwibgyswllt fforddiadwy a thechnoleg delweddu.
Amser postio: Tachwedd-12-2024