Nei Technologie vum dënnen Silizium-Fotodetektor

Nei Technologie vundënnen Silizium-Fotodetektor
Photonenerfassungsstrukture gi benotzt fir d'Liichtabsorptioun an dënnen Hautberäicher ze verbesserenSilizium-Fotodetektoren
Photonesch Systemer gewannen rapid un Popularitéit a ville neien Uwendungen, dorënner optesch Kommunikatioun, LiDAR-Detektioun a medizinesch Bildgebung. Wéi och ëmmer, hänkt déi verbreet Notzung vu Photonik an zukünftegen Ingenieursléisungen vun de Produktiounskäschten of.photodetectors, wat dann nees gréisstendeels vun der Aart vum Halbleiter ofhänkt, deen dofir benotzt gëtt.
Traditionell war Silizium (Si) den am meeschte verbreeten Hallefleeder an der Elektronikindustrie, souguer sou datt déi meescht Industrien sech ronderëm dëst Material entwéckelt hunn. Leider huet Si e relativ schwaache Liichtabsorptiounskoeffizient am noen Infraroutspektrum (NIR) am Verglach mat anere Hallefleeder wéi Galliumarsenid (GaAs). Dofir floréieren GaAs a verwandte Legierungen a photoneschen Uwendungen, sinn awer net kompatibel mat den traditionelle komplementäre Metalloxid-Hallefleeder (CMOS) Prozesser, déi bei der Produktioun vun de meeschte Elektronikprodukter benotzt ginn. Dëst huet zu enger staarker Erhéijung vun hire Produktiounskäschte gefouert.
Fuerscher hunn e Wee entwéckelt, fir d'Absorptioun am noen Infraroutberäich a Silizium däitlech ze verbesseren, wat zu Käschtereduktioune bei héichperformante photoneschen Apparater féiere kéint, an en Fuerschungsteam vun der UC Davis ass Pionéieraarbecht an enger neier Strategie fir d'Liichtabsorptioun a Siliziumdënnschichten däitlech ze verbesseren. An hirer leschter Publikatioun am Advanced Photonics Nexus demonstréiere si fir d'éischt Kéier eng experimentell Demonstratioun vun engem Silizium-baséierte Photodetektor mat liichtfängende Mikro- a Nano-Uewerflächenstrukturen, wouduerch si ongehéiert Leeschtungsverbesserunge erreechen, déi vergläichbar sinn mat GaAs an aner Hallefleeder aus der III-V Grupp. De Photodetektor besteet aus enger mikrondécker zylindrescher Siliziumplack, déi op engem isoléierende Substrat placéiert ass, mat Metall-"Fanger", déi sech a Fanger-Gabel-Form vum Kontaktmetall uewen op der Plack ausdehnen. Wichteg ass, datt dat knubbelegt Silizium mat kreesfërmegen Lächer gefëllt ass, déi an engem periodesche Muster arrangéiert sinn a wéi Photonenerfassungsplazen déngen. Déi allgemeng Struktur vum Apparat bewierkt, datt dat normalerweis afalend Liicht sech ëm bal 90° béit, wann et d'Uewerfläch trëfft, sou datt et sech lateral laanscht d'Si-Fläch ausbreede kann. Dës lateral Ausbreedungsmodi erhéijen d'Längt vun der Liichtrees a verlangsamen se effektiv, wat zu méi Interaktioune tëscht Liicht a Matière an domat zu enger erhéichter Absorptioun féiert.
D'Fuerscher hunn och optesch Simulatiounen an theoretesch Analysen duerchgefouert, fir d'Effekter vu Photonenerfassungsstrukturen besser ze verstoen, an hunn e puer Experimenter duerchgefouert, an deenen Photodetektoren mat a ouni Photodetektoren verglach goufen. Si hunn festgestallt, datt d'Photonenerfassung zu enger bedeitender Verbesserung vun der Breitband-Absorptiounseffizienz am NIR-Spektrum gefouert huet, iwwer 68% mat engem Héichpunkt vun 86%. Et ass derwäert ze bemierken, datt am noen Infraroutband den Absorptiounskoeffizient vum Photonenerfassungsfotodetektor e puermol méi héich ass wéi dee vu gewéinleche Silizium, an dee méi héich ass wéi Galliumarsenid. Zousätzlech, obwuel den proposéierten Design fir 1μm déck Siliziumplacke ass, weisen Simulatioune vu 30 nm an 100 nm Siliziumfilmer, déi mat CMOS-Elektronik kompatibel sinn, eng ähnlech verbessert Leeschtung.
Insgesamt weisen d'Resultater vun dëser Studie eng villverspriechend Strategie fir d'Leeschtung vu Silizium-baséierte Photodetektoren an neien Photonik-Applikatiounen ze verbesseren. Eng héich Absorptioun kann och an ultradënnen Siliziumschichten erreecht ginn, an d'parasitär Kapazitéit vum Circuit kann niddreg gehale ginn, wat a Schnellsystemer entscheedend ass. Zousätzlech ass déi proposéiert Method kompatibel mat modernen CMOS-Fabrikatiounsprozesser an huet dofir de Potenzial, d'Aart a Weis wéi Optoelektronik an traditionell Circuiten integréiert gëtt, ze revolutionéieren. Dëst kéint dann de Wee fir wesentlech Spréng a bezuelbare ultraschnelle Computernetzwierker an der Bildgebungstechnologie fräimaachen.