Teicneolaíocht nua de photodetector sileacain tanaí

Teicneolaíocht nua nafótabhraiteadóir sileacain tanaí
Úsáidtear struchtúir gabhála fótóin chun ionsú solais a fheabhsú i tanaífótabhrait sileacain
Tá córais fhótóinic ag dul i bhfeidhm go tapa ar go leor feidhmchlár atá ag teacht chun cinn, lena n-áirítear cumarsáid optúil, braiteadh liDAR, agus íomháú leighis. Mar sin féin, braitheann glacadh forleathan fótóinic i réitigh innealtóireachta sa todhchaí ar chostas déantúsaíochtabrathadóirí grianghraf, atá ar a seal ag brath go mór ar an gcineál leathsheoltóra a úsáidtear chun na críche sin.
Go traidisiúnta, is é sileacain (Si) an leathsheoltóir is uileláithreach sa tionscal leictreonaic, an oiread sin ionas go bhfuil an chuid is mó de na tionscail tar éis aibíocht timpeall an ábhair seo. Ar an drochuair, tá comhéifeacht ionsú solais sách lag ag Si sa speictream gar-infridhearg (NIR) i gcomparáid le leathsheoltóirí eile cosúil le galium arsenide (GaAs). Mar gheall air seo, tá GaAs agus cóimhiotail ghaolmhara faoi bhláth in iarratais fhótónacha ach níl siad ag luí leis na próisis chomhlántacha traidisiúnta leathsheoltóra miotail-ocsaíd (CMOS) a úsáidtear i dtáirgeadh an chuid is mó de na leictreonaic. Tháinig méadú géar ar a gcostais déantúsaíochta dá bharr.
Tá bealach cruthaithe ag taighdeoirí chun ionsú gar-infridhearg i sileacain a fheabhsú go mór, rud a d'fhéadfadh laghduithe costais a bheith mar thoradh ar fheistí fótóinic ardfheidhmíochta, agus tá foireann taighde UC Davis ag ceannródaíocht straitéis nua chun ionsú solais a fheabhsú go mór i scannáin tanaí sileacain. Ina bpáipéar is déanaí ag Advanced Photonics Nexus, léiríonn siad don chéad uair léiriú turgnamhach ar fhóta-bhrathadóir bunaithe ar sileacain le struchtúir micrea-ghabhála solais agus nana-dhromchla, ag baint amach feabhsuithe feidhmíochta gan fasach atá inchomparáide le GaAs agus leathsheoltóirí grúpa III-V eile. . Is éard atá sa fhótabhraiteadóir pláta sileacain sorcóireach micrean-tiubh a chuirtear ar fhoshraith inslithe, agus “méara” miotail ag síneadh ar bhealach forc méar as an miotal teagmhála ag barr an phláta. Rud atá tábhachtach, líontar an sileacain cnapánach le poill ciorclach eagraithe i bpatrún tréimhsiúil a fheidhmíonn mar shuíomhanna gabhála fótóin. Cruthaíonn struchtúr iomlán an fheiste go lúbann an solas gnáth-theagmhais beagnach 90° nuair a bhuaileann sé an dromchla, rud a ligeann dó iomadú cliathánach feadh an eitleáin Si. Méadaíonn na modhanna iomadaithe cliathánach seo fad taistil an tsolais agus moillíonn siad é go héifeachtach, rud a fhágann go mbíonn níos mó idirghníomhaíochtaí solais ann agus dá bhrí sin méadú ar ionsú.
Rinne na taighdeoirí ionsamhlúcháin optúla agus anailísí teoiriciúla freisin chun tuiscint níos fearr a fháil ar na héifeachtaí atá ag struchtúir gabhála fótóin, agus rinne siad roinnt turgnaimh ag déanamh comparáide idir fóta-bhrathadóirí agus iad gan iad. Fuair ​​​​siad amach gur tháinig feabhas suntasach ar éifeachtúlacht ionsú leathanbhanda sa speictream NIR mar thoradh ar ghabháil fótóin, ag fanacht os cionn 68% le buaicphointe 86%. Is fiú a thabhairt faoi deara, sa bhanna infridhearg in aice, go bhfuil comhéifeacht ionsú an fhótaileictreach gabhála fótóin arís agus arís eile níos airde ná sin de ghnáth-sileacain, níos mó ná arsenide Gailliam. Ina theannta sin, cé go bhfuil an dearadh atá beartaithe le haghaidh plátaí sileacain 1μm tiubh, léiríonn insamhaltaí de scannáin sileacain 30 nm agus 100 nm atá comhoiriúnach le leictreonaic CMOS feidhmíocht fheabhsaithe den chineál céanna.
Tríd is tríd, léiríonn torthaí an staidéir seo straitéis a bhfuil tuar dóchais inti maidir le feabhas a chur ar fheidhmíocht fótabhraiteoirí atá bunaithe ar sileacain in iarratais fhótóinic atá ag teacht chun cinn. Is féidir ionsú ard a bhaint amach fiú i sraitheanna sileacain ultra-tanaí, agus is féidir toilleas seadánacha an chuaird a choinneáil íseal, rud atá ríthábhachtach i gcórais ardluais. Ina theannta sin, tá an modh atá beartaithe ag luí le próisis déantúsaíochta CMOS nua-aimseartha agus mar sin tá an cumas ann réabhlóidiú a dhéanamh ar an mbealach ina ndéantar optoelectronics a chomhtháthú i gciorcaid thraidisiúnta. D'fhéadfadh sé seo, ar a sheal, an bealach a réiteach le haghaidh céimeanna suntasacha i líonraí ríomhaireachta ultrafast inacmhainne agus i dteicneolaíocht íomháithe.