Teicneolaíocht nua de fhóta-bhrathadóir sileacain tanaí

Teicneolaíocht nua debrathadóir fótachód sileacain tanaí
Úsáidtear struchtúir ghabhála fótóin chun ionsú solais a fheabhsú i ndathanna tanaíbrathadóirí fótachóim sileacain
Tá córais fhótónacha ag dul i méid go mear i go leor feidhmchlár atá ag teacht chun cinn, lena n-áirítear cumarsáid optúil, braiteadh liDAR, agus íomháú leighis. Mar sin féin, braitheann glacadh forleathan fhótónaice i réitigh innealtóireachta amach anseo ar chostas déantúsaíochta.brathadóirí grianghraf, rud a bhraitheann go mór ar an gcineál leathsheoltóra a úsáidtear chun na críche sin.
Go traidisiúnta, is é sileacan (Si) an leathsheoltóir is forleithne sa tionscal leictreonaice, agus tá formhór na dtionscal tar éis aibiú timpeall an ábhair seo. Ar an drochuair, tá comhéifeacht ionsúcháin solais sách lag ag Si sa speictream gar-infridhearg (NIR) i gcomparáid le leathsheoltóirí eile amhail arsanaíd ghailliam (GaAs). Mar gheall air seo, tá GaAs agus cóimhiotail ghaolmhara ag fás go han-mhaith in iarratais fhótónacha ach níl siad comhoiriúnach leis na próisis thraidisiúnta leathsheoltóra ocsaíd miotail chomhlántacha (CMOS) a úsáidtear i dtáirgeadh formhór na leictreonaice. Mar thoradh air seo, tháinig méadú géar ar a gcostais déantúsaíochta.
Tá bealach ceaptha ag taighdeoirí chun ionsú gar-infridhearg i sileacan a fheabhsú go mór, rud a d'fhéadfadh laghduithe costais a bheith mar thoradh air i bhfeistí fótónacha ardfheidhmíochta, agus tá foireann taighde UC Davis ag ceannródaíocht straitéise nua chun ionsú solais i scannáin thanaí sileacain a fheabhsú go mór. Ina bpáipéar is déanaí ag Advanced Photonics Nexus, léiríonn siad den chéad uair taispeántas turgnamhach ar fhóta-bhrathadóir bunaithe ar shileacan le struchtúir mhicrea- agus nana-dhromchla a ghabhann solas, ag baint amach feabhsuithe feidhmíochta gan fasach atá inchomparáide le GaAs agus leathsheoltóirí grúpa III-V eile. Is éard atá sa fhóta-bhrathadóir pláta sileacain sorcóireach micrón-tiubh atá suite ar foshraith inslithe, le "méara" miotail ag síneadh ar bhealach méar-forc ón miotal teagmhála ag barr an phláta. Rud tábhachtach, tá an sileacan cnapánach líonta le poill chiorclacha atá socraithe i bpatrún tréimhsiúil a fheidhmíonn mar shuíomhanna gabhála fótón. Fágann struchtúr foriomlán na feiste go lúbann an solas a thagann de ghnáth beagnach 90° nuair a bhuaileann sé an dromchla, rud a ligeann dó iomadú go cliathánach feadh eitleán Si. Méadaíonn na modhanna iomadúcháin cliathánacha seo fad taistil an tsolais agus moillíonn siad é go héifeachtach, rud a fhágann go mbíonn níos mó idirghníomhaíochtaí idir solas agus ábhar agus dá bhrí sin go méadaítear an ionsú.
Rinne na taighdeoirí insamhaltaí optúla agus anailísí teoiriciúla freisin chun tuiscint níos fearr a fháil ar éifeachtaí struchtúr gabhála fótóin, agus rinne siad roinnt turgnaimh ag comparáid idir brathadóirí fótóin leo agus gan iad. Fuair ​​siad amach gur tháinig feabhas suntasach ar éifeachtúlacht ionsúcháin leathanbhanda sa speictream NIR mar thoradh ar ghabháil fótóin, ag fanacht os cionn 68% le buaic de 86%. Is fiú a thabhairt faoi deara, sa bhanda gar-infridhearg, go bhfuil comhéifeacht ionsúcháin an bhrathadóra fótóin gabhála fótóin roinnt uaireanta níos airde ná comhéifeacht ionsúcháin sileacain ghnáth, ag sárú arsanaíd ghailliam. Ina theannta sin, cé go bhfuil an dearadh atá beartaithe le haghaidh plátaí sileacain 1μm ar tiús, 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 gheallmhar chun feidhmíocht brathadóirí fótachódóra bunaithe ar shiliceán a fheabhsú in iarratais fótóinice atá ag teacht chun cinn. Is féidir ard-ionsú a bhaint amach fiú i sraitheanna siliceán ultra-tanaí, agus is féidir toilleas seadánach an chiorcaid a choinneáil íseal, rud atá ríthábhachtach i gcórais ardluais. Ina theannta sin, tá an modh atá beartaithe comhoiriúnach le próisis déantúsaíochta CMOS nua-aimseartha agus dá bhrí sin tá an cumas aige réabhlóid a dhéanamh ar an gcaoi a ndéantar optoelectronics a chomhtháthú i gciorcaid thraidisiúnta. D’fhéadfadh sé seo, ar a seal, an bealach a réiteach do léimeanna suntasacha i líonraí ríomhaireachta ultra-thapa inacmhainne agus i dteicneolaíocht íomháithe.