पातळ सिलिकॉन फोटोडेटेक्टरचे नवीन तंत्रज्ञान

चे नवीन तंत्रज्ञानपातळ सिलिकॉन फोटोडेटेक्टर
पातळ मध्ये प्रकाश शोषण वाढविण्यासाठी फोटॉन कॅप्चर स्ट्रक्चर्सचा वापर केला जातोसिलिकॉन फोटोडेटेक्टर
ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्स, लिडर सेन्सिंग आणि मेडिकल इमेजिंग यासह अनेक उदयोन्मुख अनुप्रयोगांमध्ये फोटॉनिक सिस्टम वेगाने ट्रॅक्शन मिळवित आहेत. तथापि, भविष्यातील अभियांत्रिकी सोल्यूशन्समध्ये फोटॉनिक्सचा व्यापक अवलंब करणे मॅन्युफॅक्चरिंगच्या किंमतीवर अवलंबून आहेफोटोडेटेक्टर, जे या उद्देशाने वापरल्या जाणार्‍या सेमीकंडक्टरच्या प्रकारावर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते.
पारंपारिकपणे, सिलिकॉन (एसआय) इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगातील सर्वात सर्वव्यापी सेमीकंडक्टर आहे, इतके की बहुतेक उद्योग या सामग्रीभोवती परिपक्व झाले आहेत. दुर्दैवाने, गॅलियम आर्सेनाइड (जीएएएस) सारख्या इतर अर्धसंवाहकांच्या तुलनेत जवळच्या इन्फ्रारेड (एनआयआर) स्पेक्ट्रममध्ये एसआयमध्ये तुलनेने कमकुवत प्रकाश शोषक गुणांक आहे. यामुळे, जीएएएस आणि संबंधित मिश्र फोटोनिक अनुप्रयोगांमध्ये भरभराट होत आहेत परंतु बहुतेक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या उत्पादनात वापरल्या जाणार्‍या पारंपारिक पूरक मेटल-ऑक्साईड सेमीकंडक्टर (सीएमओएस) प्रक्रियेशी सुसंगत नाहीत. यामुळे त्यांच्या उत्पादन खर्चात तीव्र वाढ झाली.
सिलिकॉनमध्ये जवळ-अवरक्त शोषण मोठ्या प्रमाणात वाढविण्याचा संशोधकांनी एक मार्ग तयार केला आहे, ज्यामुळे उच्च-कार्यक्षमता फोटॉनिक उपकरणांमध्ये खर्च कमी होऊ शकतो आणि एक यूसी डेव्हिस रिसर्च टीम सिलिकॉन पातळ चित्रपटांमध्ये प्रकाश शोषण मोठ्या प्रमाणात सुधारण्यासाठी नवीन रणनीती बनवित आहे. प्रगत फोटॉनिक्स नेक्ससच्या त्यांच्या नवीनतम पेपरमध्ये, ते प्रथमच प्रकाश-कॅप्चरिंग मायक्रो-आणि नॅनो-पृष्ठभागाच्या संरचनेसह सिलिकॉन-आधारित फोटोडेटेक्टरचे प्रायोगिक प्रात्यक्षिक दर्शवितात, जीएएएस आणि इतर III-V गट अर्धसंवाहकांच्या तुलनेत अभूतपूर्व कामगिरी सुधारतात. फोटोडेटेक्टरमध्ये इन्सुलेट सब्सट्रेटवर ठेवलेली मायक्रॉन-जाड सिलेंड्रिकल सिलिकॉन प्लेट असते, ज्यात प्लेटच्या शीर्षस्थानी असलेल्या संपर्क धातूपासून बोटाच्या चौकटीत धातू “बोटांनी” विस्तारित असते. महत्त्वाचे म्हणजे, ढेकूळ सिलिकॉन फोटॉन कॅप्चर साइट्स म्हणून कार्य करणार्‍या नियतकालिक पॅटर्नमध्ये व्यवस्थित केलेल्या गोलाकार छिद्रांनी भरलेले आहे. डिव्हाइसची एकूण रचना सामान्यत: घटनेच्या प्रकाशास पृष्ठभागावर आदळते तेव्हा जवळजवळ 90 by ने वाकते, ज्यामुळे सीआय प्लेनच्या बाजूने नंतरचा प्रसार होऊ शकतो. या बाजूकडील प्रसार मोड प्रकाशाच्या प्रवासाची लांबी वाढवतात आणि प्रभावीपणे त्यास कमी करतात, ज्यामुळे अधिक प्रकाश-बदल घडतात आणि त्यामुळे शोषण वाढते.
फोटॉन कॅप्चर स्ट्रक्चर्सचे परिणाम अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी संशोधकांनी ऑप्टिकल सिम्युलेशन आणि सैद्धांतिक विश्लेषण देखील केले आणि त्यांच्याशिवाय आणि त्याशिवाय फोटोडेटेक्टर्सची तुलना करणारे अनेक प्रयोग केले. त्यांना आढळले की फोटॉन कॅप्चरमुळे एनआयआर स्पेक्ट्रममध्ये ब्रॉडबँड शोषण कार्यक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा झाली आणि 86% च्या शिखरासह 68% पेक्षा जास्त राहिले. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की नजीकच्या अवरक्त बँडमध्ये, फोटॉन कॅप्चर फोटोडेटेक्टरचे शोषण गुणांक गॅलियम आर्सेनाइडपेक्षा जास्त सामान्य सिलिकॉनपेक्षा कित्येक पटीने जास्त आहे. याव्यतिरिक्त, प्रस्तावित डिझाइन 1μ एम जाड सिलिकॉन प्लेट्ससाठी असले तरी, सीएमओएस इलेक्ट्रॉनिक्सशी सुसंगत 30 एनएम आणि 100 एनएम सिलिकॉन फिल्मचे सिम्युलेशन समान वर्धित कामगिरी दर्शवितात.
एकंदरीत, या अभ्यासाचे परिणाम उदयोन्मुख फोटॉनिक्स अनुप्रयोगांमध्ये सिलिकॉन-आधारित फोटोटेटेक्टर्सची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी एक आशादायक धोरण दर्शवितात. अल्ट्रा-पातळ सिलिकॉन थरांमध्येही उच्च शोषण प्राप्त केले जाऊ शकते आणि सर्किटचे परजीवी कॅपेसिटन्स कमी ठेवता येते, जे हाय-स्पीड सिस्टममध्ये गंभीर आहे. याव्यतिरिक्त, प्रस्तावित पद्धत आधुनिक सीएमओएस मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेशी सुसंगत आहे आणि म्हणूनच ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स पारंपारिक सर्किटमध्ये समाकलित करण्याच्या मार्गावर क्रांती घडविण्याची क्षमता आहे. यामुळे, परवडणार्‍या अल्ट्राफास्ट संगणक नेटवर्क आणि इमेजिंग तंत्रज्ञानामध्ये भरीव झेप घेण्याचा मार्ग मोकळा होऊ शकतो.