नवीन तंत्रज्ञानपातळ सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
पातळ पदार्थांमध्ये प्रकाश शोषण वाढविण्यासाठी फोटॉन कॅप्चर स्ट्रक्चर्सचा वापर केला जातोसिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्स, liDAR सेन्सिंग आणि मेडिकल इमेजिंगसह अनेक उदयोन्मुख अनुप्रयोगांमध्ये फोटोनिक सिस्टीम वेगाने लोकप्रिय होत आहेत. तथापि, भविष्यातील अभियांत्रिकी उपायांमध्ये फोटोनिक्सचा व्यापक अवलंब उत्पादन खर्चावर अवलंबून आहे.फोटोडिटेक्टर, जे त्या उद्देशासाठी वापरल्या जाणाऱ्या अर्धवाहकाच्या प्रकारावर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते.
पारंपारिकपणे, सिलिकॉन (Si) हे इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगात सर्वात व्यापक अर्धवाहक राहिले आहे, इतके की बहुतेक उद्योग या पदार्थाभोवती परिपक्व झाले आहेत. दुर्दैवाने, गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) सारख्या इतर अर्धवाहकांच्या तुलनेत जवळच्या इन्फ्रारेड (NIR) स्पेक्ट्रममध्ये Si चा प्रकाश शोषण गुणांक तुलनेने कमकुवत आहे. यामुळे, GaAs आणि संबंधित मिश्रधातू फोटोनिक अनुप्रयोगांमध्ये भरभराटीला येत आहेत परंतु बहुतेक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या पारंपारिक पूरक धातू-ऑक्साइड अर्धवाहक (CMOS) प्रक्रियांशी सुसंगत नाहीत. यामुळे त्यांच्या उत्पादन खर्चात तीव्र वाढ झाली.
संशोधकांनी सिलिकॉनमध्ये जवळ-इन्फ्रारेड शोषण मोठ्या प्रमाणात वाढवण्याचा एक मार्ग शोधला आहे, ज्यामुळे उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या फोटोनिक उपकरणांमध्ये खर्च कमी होऊ शकतो आणि UC डेव्हिस संशोधन पथक सिलिकॉन पातळ फिल्ममध्ये प्रकाश शोषण मोठ्या प्रमाणात सुधारण्यासाठी एक नवीन धोरण विकसित करत आहे. अॅडव्हान्स्ड फोटोनिक्स नेक्सस येथील त्यांच्या नवीनतम पेपरमध्ये, त्यांनी प्रथमच प्रकाश-कॅप्चरिंग मायक्रो-आणि नॅनो-सरफेस स्ट्रक्चर्ससह सिलिकॉन-आधारित फोटोडिटेक्टरचे प्रायोगिक प्रात्यक्षिक दाखवले आहे, ज्यामुळे GaAs आणि इतर III-V ग्रुप सेमीकंडक्टर्सच्या तुलनेत अभूतपूर्व कामगिरी सुधारणा साध्य झाल्या आहेत. फोटोडिटेक्टरमध्ये इन्सुलेट सब्सट्रेटवर ठेवलेली एक मायक्रॉन-जाड दंडगोलाकार सिलिकॉन प्लेट असते, ज्यामध्ये प्लेटच्या वरच्या बाजूला असलेल्या संपर्क धातूपासून बोटांच्या काट्याच्या स्वरूपात धातूची "बोटे" पसरलेली असतात. महत्त्वाचे म्हणजे, ढेकूळ सिलिकॉन नियतकालिक पॅटर्नमध्ये मांडलेल्या वर्तुळाकार छिद्रांनी भरलेले असते जे फोटॉन कॅप्चर साइट म्हणून काम करतात. डिव्हाइसच्या एकूण संरचनेमुळे सामान्यतः घटना प्रकाश पृष्ठभागावर आदळल्यावर जवळजवळ 90° ने वाकतो, ज्यामुळे तो Si प्लेनसह बाजूने पसरू शकतो. या पार्श्व प्रसार पद्धती प्रकाशाच्या प्रवासाची लांबी वाढवतात आणि प्रभावीपणे ती मंदावतात, ज्यामुळे प्रकाश-पदार्थांच्या परस्परसंवादात वाढ होते आणि त्यामुळे शोषण वाढते.
संशोधकांनी फोटॉन कॅप्चर स्ट्रक्चर्सचे परिणाम अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी ऑप्टिकल सिम्युलेशन आणि सैद्धांतिक विश्लेषणे देखील केली आणि त्यांच्यासोबत आणि त्यांच्याशिवाय फोटोडिटेक्टरची तुलना करणारे अनेक प्रयोग केले. त्यांना आढळले की फोटॉन कॅप्चरमुळे NIR स्पेक्ट्रममध्ये ब्रॉडबँड शोषण कार्यक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा झाली, जी 86% च्या शिखरासह 68% च्या वर राहिली. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये, फोटॉन कॅप्चर फोटोडिटेक्टरचा शोषण गुणांक सामान्य सिलिकॉनपेक्षा अनेक पट जास्त आहे, जो गॅलियम आर्सेनाइडपेक्षा जास्त आहे. याव्यतिरिक्त, जरी प्रस्तावित डिझाइन 1μm जाडीच्या सिलिकॉन प्लेट्ससाठी असले तरी, CMOS इलेक्ट्रॉनिक्सशी सुसंगत 30 nm आणि 100 nm सिलिकॉन फिल्म्सचे सिम्युलेशन समान वर्धित कामगिरी दर्शवतात.
एकंदरीत, या अभ्यासाचे निकाल उदयोन्मुख फोटोनिक्स अनुप्रयोगांमध्ये सिलिकॉन-आधारित फोटोडिटेक्टरची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी एक आशादायक धोरण दर्शवितात. अति-पातळ सिलिकॉन थरांमध्ये देखील उच्च शोषण साध्य केले जाऊ शकते आणि सर्किटची परजीवी क्षमता कमी ठेवता येते, जी हाय-स्पीड सिस्टममध्ये महत्त्वपूर्ण आहे. याव्यतिरिक्त, प्रस्तावित पद्धत आधुनिक CMOS उत्पादन प्रक्रियांशी सुसंगत आहे आणि म्हणूनच पारंपारिक सर्किटमध्ये ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स एकत्रित करण्याच्या पद्धतीत क्रांती घडवून आणण्याची क्षमता आहे. यामुळे, परवडणाऱ्या अल्ट्राफास्ट संगणक नेटवर्क आणि इमेजिंग तंत्रज्ञानात लक्षणीय झेप घेण्याचा मार्ग मोकळा होऊ शकतो.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-१२-२०२४