Нимгэн цахиурын фотодетекторын шинэ технологи

-ийн шинэ технологинимгэн цахиурын фотодетектор
Гэрэл шингээх чадварыг сайжруулахын тулд фотон барих бүтцийг ашигладагцахиурын фотодетекторууд
Фотоник системүүд нь оптик харилцаа холбоо, liDAR мэдрэгч, эмнэлгийн дүрслэл зэрэг шинээр гарч ирж буй олон төрлийн хэрэглээнд хурдацтай оролцож байна. Гэсэн хэдий ч ирээдүйн инженерийн шийдэлд фотоникийг өргөнөөр нэвтрүүлэх нь үйлдвэрлэлийн өртөгөөс хамаарна.фотодетекторууд, энэ нь эргээд тухайн зорилгоор ашигласан хагас дамжуулагчийн төрлөөс ихээхэн хамаардаг.
Уламжлал ёсоор цахиур (Si) нь электроникийн салбарт хамгийн өргөн тархсан хагас дамжуулагч байсан тул ихэнх үйлдвэрүүд энэ материалын эргэн тойронд боловсорч гүйцсэн байдаг. Харамсалтай нь Si нь галлиум арсенид (GaAs) зэрэг бусад хагас дамжуулагчтай харьцуулахад ойрын хэт улаан туяаны (NIR) спектрийн гэрлийн шингээлтийн коэффициент харьцангуй сул байдаг. Үүнээс болж GaAs болон холбогдох хайлшууд нь фотоник хэрэглээнд хөгжиж байгаа боловч ихэнх электроникийн үйлдвэрлэлд ашигладаг уламжлалт нэмэлт металл-оксидын хагас дамжуулагч (CMOS) процессуудтай нийцэхгүй байна. Энэ нь тэдний үйлдвэрлэлийн өртөг огцом нэмэгдэхэд хүргэсэн.
Судлаачид цахиур дахь хэт улаан туяаны шингээлтийг ихээхэн сайжруулах аргыг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь өндөр хүчин чадалтай фотоник төхөөрөмжүүдийн зардлыг бууруулахад хүргэдэг бөгөөд UC Davis-ийн судалгааны баг цахиурын нимгэн хальс дахь гэрлийн шингээлтийг ихээхэн сайжруулах шинэ стратегийг анхлан санаачилж байна. Advanced Photonics Nexus-ийн хамгийн сүүлийн үеийн нийтлэлдээ тэд GaAs болон бусад III-V бүлгийн хагас дамжуулагчтай харьцуулахуйц гүйцэтгэлийн урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй сайжруулалтыг бий болгож, гэрэл тусдаг микро болон нано гадаргуугийн бүтэц бүхий цахиурт суурилсан фотодетекторын туршилтын үзүүлбэрийг анх удаа харуулж байна. . Фото илрүүлэгч нь микрон зузаантай цилиндр хэлбэртэй цахиур хавтангаас бүрдэх ба тусгаарлагчийн дэвсгэр дээр байрлуулсан бөгөөд хавтангийн дээд хэсэгт байрлах контакт металлаас хурууны салаа хэлбэрээр сунгасан металл "хуруунууд" юм. Хамгийн чухал нь бөөгнөрсөн цахиур нь фотоныг авах цэгийн үүрэг гүйцэтгэдэг үечилсэн хэв маягаар байрлуулсан дугуй нүхээр дүүрсэн байдаг. Төхөөрөмжийн ерөнхий бүтэц нь ердийн туссан гэрлийг гадаргуу дээр тусах үед бараг 90 ° нугалж, Si хавтгайн дагуу хажуу тийш тархах боломжийг олгодог. Эдгээр хажуугийн тархалтын горимууд нь гэрлийн хөдөлгөөний уртыг нэмэгдүүлж, үр дүнтэй удаашруулж, гэрлийн бодисын харилцан үйлчлэлийг нэмэгдүүлж улмаар шингээлтийг нэмэгдүүлдэг.
Судлаачид фотон барих бүтцийн үр нөлөөг илүү сайн ойлгохын тулд оптик симуляци, онолын шинжилгээ хийж, фото илрүүлэгчтэй болон тэдгээргүй фото илрүүлэгчийг харьцуулах хэд хэдэн туршилт хийсэн. Тэд фотон барих нь NIR спектрийн өргөн зурвасын шингээлтийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц сайжруулахад хүргэсэн бөгөөд 68% -иас дээш, дээд тал нь 86% байна. Ойролцоох хэт улаан туяаны зурваст фотон барих фотодетекторын шингээлтийн коэффициент нь энгийн цахиураас хэд дахин их, галлийн арсенидээс давж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Нэмж дурдахад, санал болгож буй загвар нь 1 мкм зузаантай цахиур ялтсуудад зориулагдсан боловч CMOS электрониктой нийцтэй 30 нм ба 100 нм цахиур хальсны загварчлал нь ижил төстэй сайжруулсан гүйцэтгэлийг харуулж байна.
Ерөнхийдөө энэхүү судалгааны үр дүн нь шинээр гарч ирж буй фотоник хэрэглээнд цахиурт суурилсан фотодетекторуудын гүйцэтгэлийг сайжруулах ирээдүйтэй стратегийг харуулж байна. Хэт нимгэн цахиурын давхаргад ч өндөр шингээлтийг олж авах боломжтой бөгөөд хэлхээний шимэгчийн багтаамжийг бага байлгах боломжтой бөгөөд энэ нь өндөр хурдны системд чухал ач холбогдолтой юм. Нэмж дурдахад, санал болгож буй арга нь орчин үеийн CMOS үйлдвэрлэлийн процессуудтай нийцдэг тул оптоэлектроникийг уламжлалт хэлхээнд нэгтгэх аргад хувьсгал хийх боломжтой юм. Энэ нь эргээд боломжийн үнэтэй хэт хурдан компьютерийн сүлжээ болон дүрслэлийн технологид томоохон үсрэлт хийх замыг нээж чадна.