पतली सिलिकॉन फोटोडेटेक्टर की नई तकनीक

की नई तकनीकपतला सिलिकॉन फोटोडेटेक्टर
फोटॉन कैप्चर संरचनाओं का उपयोग पतले में प्रकाश अवशोषण को बढ़ाने के लिए किया जाता हैसिलिकॉन फोटोडेटेक्टर्स
ऑप्टिकल संचार, लिडार सेंसिंग और मेडिकल इमेजिंग सहित कई उभरते अनुप्रयोगों में फोटोनिक सिस्टम तेजी से कर्षण प्राप्त कर रहे हैं। हालांकि, भविष्य के इंजीनियरिंग समाधानों में फोटोनिक्स को व्यापक रूप से अपनाना विनिर्माण की लागत पर निर्भर करता हैफोटोडेटेक्टर्स, जो बदले में उस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक के प्रकार पर निर्भर करता है।
परंपरागत रूप से, सिलिकॉन (एसआई) इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में सबसे सर्वव्यापी अर्धचालक रहा है, इतना कि अधिकांश उद्योग इस सामग्री के आसपास परिपक्व हो गए हैं। दुर्भाग्य से, एसआई में गैलियम आर्सेनाइड (जीएएएस) जैसे अन्य अर्धचालक की तुलना में निकट अवरक्त (एनआईआर) स्पेक्ट्रम में अपेक्षाकृत कमजोर प्रकाश अवशोषण गुणांक है। इस वजह से, GAAS और संबंधित मिश्र धातु फोटोनिक अनुप्रयोगों में संपन्न हैं, लेकिन अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक पूरक धातु-ऑक्साइड अर्धचालक (CMOS) प्रक्रियाओं के साथ संगत नहीं हैं। इससे उनकी विनिर्माण लागत में तेज वृद्धि हुई।
शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन में निकट-अवरक्त अवशोषण को बढ़ाने का एक तरीका तैयार किया है, जिससे उच्च प्रदर्शन वाले फोटोनिक उपकरणों में लागत में कमी हो सकती है, और एक यूसी डेविस अनुसंधान टीम सिलिकॉन पतली फिल्मों में प्रकाश अवशोषण में बहुत सुधार करने के लिए एक नई रणनीति का नेतृत्व कर रही है। एडवांस्ड फोटोनिक्स नेक्सस में अपने नवीनतम पेपर में, वे पहली बार एक सिलिकॉन-आधारित फोटोडेटेक्टर के एक प्रयोगात्मक प्रदर्शन के साथ प्रकाश-कैप्चरिंग माइक्रो-और नैनो-सतह संरचनाओं के साथ प्रदर्शित करते हैं, जो कि GAAS और अन्य III-V समूह अर्धचालक की तुलना में अभूतपूर्व प्रदर्शन सुधारों को प्राप्त करते हैं। फोटोडेटेक्टर में एक इंसुलेटिंग सब्सट्रेट पर रखी गई माइक्रोन-मोटी बेलनाकार सिलिकॉन प्लेट होती है, जिसमें धातु "उंगलियां" होती है, जो प्लेट के शीर्ष पर संपर्क धातु से एक उंगली-फोर्क फैशन में फैली होती है। महत्वपूर्ण रूप से, एक आवधिक पैटर्न में व्यवस्थित गोलाकार छेद से भरा हुआ है जो फोटॉन कैप्चर साइटों के रूप में कार्य करता है। डिवाइस की समग्र संरचना सामान्य रूप से घटना प्रकाश को लगभग 90 ° तक झुकने का कारण बनती है जब यह सतह को हिट करती है, जिससे यह एसआई विमान के साथ बाद में प्रचारित करने की अनुमति देता है। ये पार्श्व प्रसार मोड प्रकाश की यात्रा की लंबाई को बढ़ाते हैं और प्रभावी रूप से इसे धीमा कर देते हैं, जिससे अधिक प्रकाश-मैटर इंटरैक्शन होता है और इस तरह अवशोषण में वृद्धि होती है।
शोधकर्ताओं ने फोटॉन कैप्चर संरचनाओं के प्रभावों को बेहतर ढंग से समझने के लिए ऑप्टिकल सिमुलेशन और सैद्धांतिक विश्लेषण भी किया, और उनके साथ और उनके बिना फोटोडेटेक्टर्स की तुलना करने वाले कई प्रयोगों का संचालन किया। उन्होंने पाया कि फोटॉन कैप्चर ने एनआईआर स्पेक्ट्रम में ब्रॉडबैंड अवशोषण दक्षता में एक महत्वपूर्ण सुधार किया, जो 86% के शिखर के साथ 68% से ऊपर रहा। यह ध्यान देने योग्य है कि निकट इन्फ्रारेड बैंड में, फोटॉन कैप्चर फोटोडेटेक्टर का अवशोषण गुणांक साधारण सिलिकॉन की तुलना में कई गुना अधिक है, जो गैलियम आर्सेनाइड से अधिक है। इसके अलावा, हालांकि प्रस्तावित डिजाइन 1μm मोटी सिलिकॉन प्लेटों के लिए है, 30 एनएम और 100 एनएम सिलिकॉन फिल्मों के सिमुलेशन सीएमओएस इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत समान प्रदर्शन दिखाते हैं।
कुल मिलाकर, इस अध्ययन के परिणाम उभरते फोटोनिक्स अनुप्रयोगों में सिलिकॉन-आधारित फोटोडेटेक्टर्स के प्रदर्शन में सुधार के लिए एक आशाजनक रणनीति प्रदर्शित करते हैं। अल्ट्रा-पतली सिलिकॉन परतों में भी उच्च अवशोषण प्राप्त किया जा सकता है, और सर्किट के परजीवी समाई को कम रखा जा सकता है, जो उच्च गति प्रणालियों में महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, प्रस्तावित विधि आधुनिक CMOS निर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगत है और इसलिए उस तरह से क्रांति लाने की क्षमता है जिस तरह से ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स को पारंपरिक सर्किट में एकीकृत किया जाता है। यह, बदले में, सस्ती अल्ट्राफास्ट कंप्यूटर नेटवर्क और इमेजिंग तकनीक में पर्याप्त छलांग के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है।