Neue Technologie des dünnen Silizium -Fotodetektors

Neue Technologie vonDünner Silizium -Fotodetektor
Photonenfassungsstrukturen werden verwendet, um die Lichtabsorption in Dünn zu verbessernSiliziumphotodetektoren
Photonische Systeme gewinnen in vielen aufstrebenden Anwendungen schnell an die Traktion, einschließlich der optischen Kommunikation, der Lidar -Erfindung und der medizinischen Bildgebung. Die weit verbreitete Einführung von Photonik in zukünftigen technischen Lösungen hängt jedoch von den Kosten für die Herstellung abFotodetektoren, was wiederum weitgehend von der Art des für diesen Zweck verwendeten Halbleitertyps abhängt.
Traditionell war Silicon (SI) der allgegenwärtigste Halbleiter der Elektronikindustrie, so dass die meisten Branchen um dieses Material gereift sind. Leider hat SI im Nah -Infrarot (NIR) -Spektrum einen relativ schwachen Lichtabsorptionskoeffizienten im Vergleich zu anderen Halbleitern wie Galliumarsenid (GAAs). Aus diesem Grund gedeihen GaAs und verwandte Legierungen in photonischen Anwendungen, sind jedoch nicht mit den traditionellen komplementären Metalloxid-Semiconductor-Prozessen (CMOS) kompatibel, die bei der Herstellung der meisten Elektronik verwendet werden. Dies führte zu einem starken Anstieg der Produktionskosten.
Forscher haben einen Weg entwickelt, um die Absorption der nahezu Infrarot in Silizium stark zu verbessern, was zu einer Kostensenkungen der photonischen Geräte mit leistungsstarken Leistung führen kann, und ein UC Davis-Forschungsteam ist Pionierarbeit in einer neuen Strategie, um die Lichtabsorption in Silizium-Dünnfilmen erheblich zu verbessern. In ihrem neuesten Papier bei Advanced Photonics Nexus demonstrieren sie zum ersten Mal eine experimentelle Demonstration eines Fotodetektors auf Siliziumbasis mit lichtkapitierenden Mikro- und Nano-Oberflächenstrukturen, wodurch beispiellose Leistungsverbesserungen erzielt werden, die mit Gaas und anderen Halbleiter der III-V-Gruppe vergleichbar sind. Der Fotodetektor besteht aus einer mikrisch dicken zylindrischen Siliziumplatte, die auf ein isolierendes Substrat gelegt wird und mit Metall „Fingern“ vom Kontaktmetall am oberen Rand der Platte erstreckt. Wichtig ist, dass das klumpige Silizium mit kreisförmigen Löchern gefüllt ist, die in einem periodischen Muster angeordnet sind, das als Photon -Erfassungsstellen fungiert. Die Gesamtstruktur des Geräts bewirkt, dass sich das normalerweise einfallende Licht um fast 90 ° verbeugt, wenn es auf die Oberfläche trifft und es sich seitlich entlang der SI -Ebene ausbreitet. Diese lateralen Ausbreitungsmodi erhöhen die Länge des Lichtwegs und verlangsamen sie effektiv, was zu mehr lichtmateriellen Wechselwirkungen und damit erhöhte Absorption führt.
Die Forscher führten auch optische Simulationen und theoretische Analysen durch, um die Auswirkungen von Photonenfassungsstrukturen besser zu verstehen, und führten mehrere Experimente durch, in denen Fotodetektoren mit und ohne sie verglichen wurden. Sie fanden heraus, dass die Photonerfassung zu einer signifikanten Verbesserung der Breitbandabsorptionseffizienz im NIR -Spektrum führte und mit einem Peak von 86% über 68% blieb. Es ist erwähnenswert, dass der Absorptionskoeffizient des Photon -Einfangs -Fotodetektors im nahen Infrarotband um ein Vielfaches höher ist als der von gewöhnlichem Silizium, das Galliumarsenid überschreitet. Obwohl das vorgeschlagene Design 1 & mgr; m dicke Siliziumplatten beträgt, zeigen Simulationen von 30 nm und 100 nm Siliziumfilmen, die mit CMOS -Elektronik kompatibel sind, eine ähnliche verbesserte Leistung.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Studie eine vielversprechende Strategie zur Verbesserung der Leistung von Fotodetektoren auf Siliziumbasis in aufstrebenden Photonikanwendungen. Eine hohe Absorption kann auch in ultradünnen Siliziumschichten erreicht werden, und die parasitäre Kapazität des Schaltkreises kann niedrig gehalten werden, was bei Hochgeschwindigkeitssystemen von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus ist die vorgeschlagene Methode mit modernen CMOS -Herstellungsprozessen kompatibel und kann daher die Art und Weise revolutionieren, wie die Optoelektronik in traditionelle Schaltungen integriert wird. Dies könnte wiederum den Weg für erhebliche Sprünge in erschwinglichen ultraschnellen Computernetzwerken und Bildgebungstechnologie ebnen.