पतले सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर की नई तकनीक

की नई तकनीकपतला सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
फोटॉन कैप्चर संरचनाओं का उपयोग पतले में प्रकाश अवशोषण को बढ़ाने के लिए किया जाता हैसिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
ऑप्टिकल संचार, लिडार सेंसिंग और मेडिकल इमेजिंग सहित कई उभरते अनुप्रयोगों में फोटोनिक सिस्टम तेजी से लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं। हालाँकि, भविष्य के इंजीनियरिंग समाधानों में फोटोनिक्स को व्यापक रूप से अपनाना विनिर्माण की लागत पर निर्भर करता हैफोटोडिटेक्टर, जो बदले में उस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक के प्रकार पर काफी हद तक निर्भर करता है।
परंपरागत रूप से, सिलिकॉन (Si) इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में सबसे सर्वव्यापी अर्धचालक रहा है, इतना कि अधिकांश उद्योग इस सामग्री के आसपास परिपक्व हो गए हैं। दुर्भाग्य से, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) जैसे अन्य अर्धचालकों की तुलना में Si का निकट अवरक्त (NIR) स्पेक्ट्रम में अपेक्षाकृत कमजोर प्रकाश अवशोषण गुणांक है। इस वजह से, GaAs और संबंधित मिश्र धातुएं फोटोनिक अनुप्रयोगों में फल-फूल रही हैं, लेकिन अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक पूरक धातु-ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (CMOS) प्रक्रियाओं के साथ संगत नहीं हैं। इससे उनकी विनिर्माण लागत में भारी वृद्धि हुई।
शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन में निकट-अवरक्त अवशोषण को काफी हद तक बढ़ाने का एक तरीका तैयार किया है, जिससे उच्च प्रदर्शन वाले फोटोनिक उपकरणों में लागत में कमी आ सकती है, और यूसी डेविस अनुसंधान टीम सिलिकॉन पतली फिल्मों में प्रकाश अवशोषण में काफी सुधार करने के लिए एक नई रणनीति का नेतृत्व कर रही है। एडवांस्ड फोटोनिक्स नेक्सस में अपने नवीनतम पेपर में, उन्होंने पहली बार प्रकाश-कैप्चरिंग सूक्ष्म और नैनो-सतह संरचनाओं के साथ एक सिलिकॉन-आधारित फोटोडिटेक्टर का प्रयोगात्मक प्रदर्शन प्रदर्शित किया, जिससे GaAs और अन्य III-V समूह अर्धचालकों की तुलना में अभूतपूर्व प्रदर्शन सुधार प्राप्त हुआ। . फोटोडिटेक्टर में एक माइक्रोन-मोटी बेलनाकार सिलिकॉन प्लेट होती है जो एक इंसुलेटिंग सब्सट्रेट पर रखी जाती है, जिसमें प्लेट के शीर्ष पर संपर्क धातु से उंगली-कांटा फैशन में धातु "उंगलियां" फैली होती हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि ढेलेदार सिलिकॉन एक आवधिक पैटर्न में व्यवस्थित गोलाकार छिद्रों से भरा होता है जो फोटॉन कैप्चर साइटों के रूप में कार्य करता है। डिवाइस की समग्र संरचना सतह से टकराने पर सामान्य रूप से आपतित प्रकाश को लगभग 90° तक मोड़ देती है, जिससे यह सी विमान के साथ पार्श्व में फैलने की अनुमति देता है। ये पार्श्व प्रसार मोड प्रकाश की यात्रा की लंबाई को बढ़ाते हैं और इसे प्रभावी ढंग से धीमा कर देते हैं, जिससे प्रकाश-पदार्थ की अधिक परस्पर क्रिया होती है और इस प्रकार 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 किए, और उनके साथ और उनके बिना फोटोडिटेक्टरों की तुलना करते हुए कई प्रयोग किए। उन्होंने पाया कि फोटॉन कैप्चर से एनआईआर स्पेक्ट्रम में ब्रॉडबैंड अवशोषण दक्षता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ, जो 86% के शिखर के साथ 68% से ऊपर रहा। यह ध्यान देने योग्य है कि निकट अवरक्त बैंड में, फोटॉन कैप्चर फोटोडिटेक्टर का अवशोषण गुणांक सामान्य सिलिकॉन की तुलना में कई गुना अधिक है, जो गैलियम आर्सेनाइड से अधिक है। इसके अलावा, हालांकि प्रस्तावित डिज़ाइन 1μm मोटी सिलिकॉन प्लेटों के लिए है, CMOS इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत 30 एनएम और 100 एनएम सिलिकॉन फिल्मों के सिमुलेशन समान उन्नत प्रदर्शन दिखाते हैं।
कुल मिलाकर, इस अध्ययन के परिणाम उभरते फोटोनिक्स अनुप्रयोगों में सिलिकॉन-आधारित फोटोडिटेक्टरों के प्रदर्शन में सुधार के लिए एक आशाजनक रणनीति प्रदर्शित करते हैं। अति पतली सिलिकॉन परतों में भी उच्च अवशोषण प्राप्त किया जा सकता है, और सर्किट की परजीवी क्षमता को कम रखा जा सकता है, जो उच्च गति प्रणालियों में महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, प्रस्तावित विधि आधुनिक सीएमओएस विनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगत है और इसलिए इसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स को पारंपरिक सर्किट में एकीकृत करने के तरीके में क्रांतिकारी बदलाव लाने की क्षमता है। यह, बदले में, किफायती अल्ट्राफास्ट कंप्यूटर नेटवर्क और इमेजिंग तकनीक में महत्वपूर्ण छलांग का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।