Nova tecnulugia di fotodetettore di siliciu sottile

A nova tecnulugia difotodetettore di silicone sottile
Strutture di cattura di fotoni sò aduprate per rinfurzà l'assorbimentu di luce in sottilifotodetettori di silicio
I sistemi fotonici guadagnanu rapidamente trazione in parechje applicazioni emergenti, cumprese cumunicazioni ottiche, sensing liDAR è imaging medicale. Tuttavia, l'adopzione generalizata di a fotonica in soluzioni di l'ingegneria futura dipende da u costu di fabricazione.fotodetettori, chì à u turnu dipende largamente da u tipu di semiconductor utilizatu per questu scopu.
Tradizionalmente, u siliciu (Si) hè statu u semiconductor più omnipresente in l'industria di l'elettronica, tantu chì a maiò parte di l'industrii anu maturatu intornu à stu materiale. Sfortunatamente, Si hà un coefficient d'assorbimentu di luce relativamente debule in u spettru infrared vicinu (NIR) cumparatu cù altri semiconduttori cum'è l'arsenidu di gallu (GaAs). Per via di questu, GaAs è ligami cunnessi prosperanu in l'applicazioni fotoniche, ma ùn sò micca cumpatibili cù i prucessi tradiziunali cumplementarii di semiconductor d'ossidu di metalli (CMOS) utilizati in a produzzione di a maiò parte di l'elettronica. Questu hà purtatu à un forte aumentu di i so costi di fabricazione.
I ricercatori anu ideatu un modu per rinfurzà assai l'assorbimentu infrarossu vicinu in u silicuu, chì puderia purtà à riduzzione di i costi in i dispositi fotonici d'altu rendiment, è un squadra di ricerca di UC Davis hè pioniere in una nova strategia per migliurà assai l'assorbimentu di luce in i filmi sottili di siliciu. In u so ultimu documentu in Advanced Photonics Nexus, dimustranu per a prima volta una dimostrazione sperimentale di un fotodetettore basatu in siliciu cù strutture micro- è nano-superficie chì catturanu a luce, ottenendu miglioramenti di rendiment senza precedente paragunabili à GaAs è altri semiconduttori di u gruppu III-V. . U fotodetettore hè custituitu da una piastra di silicone cilindrica micron-grossa posta nantu à un sustrato insulating, cù "diti" di metallu chì si estendenu in una manera di forchetta da u metale di cuntattu à a cima di a piastra. Impurtante, u silicuu lumpy hè pienu di buchi circulari disposti in un mudellu periculu chì agisce cum'è siti di cattura di fotoni. A struttura generale di u dispusitivu face chì a luce incidente nurmale si curva da quasi 90 ° quandu tocca a superficia, chì permette di propagazione lateralmente longu u pianu Si. Questi modi di propagazione laterale aumentanu a durata di u viaghju di a luce è rallentà in modu efficace, purtendu à più interazzioni di materia di luce è cusì un assorbimentu aumentatu.
I circadori anu ancu realizatu simulazioni ottiche è analisi teorichi per capisce megliu l'effetti di e strutture di cattura di fotoni, è anu realizatu parechji esperimenti paragunendu i fotodetettori cù è senza elli. Anu trovu chì a cattura di fotoni hà purtatu à una mellura significativa in l'efficienza di assorbimentu di banda larga in u spettru NIR, allughjendu sopra u 68% cù un piccu di 86%. Hè da nutà chì in a banda infrared vicinu, u coefficient d'assorbimentu di u photodetector di cattura di fotoni hè parechje volte più altu ch'è quellu di u siliciu ordinariu, superendu l'arsenidu di galiu. Inoltre, anche se u disignu prupostu hè per piastre di siliciu di 1 μm di spessore, simulazioni di filmi di siliciu 30 nm è 100 nm cumpatibili cù l'elettronica CMOS mostranu prestazioni rinfurzate simili.
In generale, i risultati di stu studiu dimustranu una strategia promettente per migliurà a prestazione di fotodetettori basati in siliciu in applicazioni di fotonica emergenti. L'absorzione elevata pò esse ottenuta ancu in strati ultra-sottili di siliciu, è a capacità parassita di u circuitu pò esse mantene bassa, chì hè critica in sistemi d'alta velocità. Inoltre, u metudu prupostu hè cumpatibile cù i prucessi di fabricazione CMOS muderni è per quessa hà u putenziale di rivoluzione a manera chì l'optoelettronica hè integrata in i circuiti tradiziunali. Questu, à u turnu, puderia apre a strada per salti sustanziali in rete di computer ultraveloce à prezzu è tecnulugia di imaging.