ren teknologia berriasiliziozko fotodetektagailu mehea
Fotoiak harrapatzeko egiturak argiaren xurgapena hobetzeko erabiltzen dirasiliziozko fotodetektagailuak
Sistema fotonikoak azkar irabazten ari dira sortzen ari diren aplikazio askotan, komunikazio optikoetan, liDAR sentsazioan eta irudi medikoetan barne. Hala ere, etorkizuneko ingeniaritza soluzioetan fotonikaren hedapena zabaltzea fabrikazioaren kostuaren araberakoa da.fotodetektagailuak, eta horrek, neurri handi batean, horretarako erabiltzen den erdieroale motaren araberakoa da.
Tradizionalki, silizioa (Si) izan da elektronika industrian nonahiko erdieroalea, hainbesteraino non industria gehienak material horren inguruan heldu dira. Zoritxarrez, Si-k argia xurgatzeko koefiziente nahiko ahula du infragorri hurbilean (NIR) espektroan beste erdieroale batzuekin alderatuta, hala nola galio arseniuroa (GaAs). Hori dela eta, GaAs eta erlazionatutako aleazioak aplikazio fotonikoetan hazten ari dira, baina ez dira bateragarriak elektronika gehienen ekoizpenean erabiltzen diren metal-oxidozko erdieroale osagarri (CMOS) prozesu tradizionalekin. Horrek beren fabrikazio-kostuen igoera handia ekarri zuen.
Ikertzaileek silizioan infragorri hurbileko xurgapena asko hobetzeko modu bat asmatu dute, eta horrek errendimendu handiko gailu fotonikoetan kostuak murriztea ekar dezake, eta UC Davis ikerketa-talde bat aitzindaria da siliziozko film meheetan argiaren xurgapena asko hobetzeko estrategia berri batean. Advanced Photonics Nexus-en egindako azken artikuluan, silizioan oinarritutako fotodetektagailu baten erakustaldi esperimentala erakusten dute, argia harrapatzen duten mikro- eta nano-azaleko egiturak dituena, GaAs-ekin eta III-V taldeko beste erdieroale batzuekin alderatuta aurrekaririk gabeko errendimendu-hobekuntzak lortuz. . Fotodetektagailua substratu isolatzaile baten gainean jarritako siliziozko plaka zilindriko bat da, hatz-sardexka moduan hedatzen diren metalezko "hatzak" plakaren goiko aldean dagoen kontaktu-metaletik. Garrantzitsua da silizio pikortsuak fotoiak harrapatzeko gune gisa jarduten duten eredu periodiko batean antolatutako zulo zirkularrez beteta dagoela. Gailuaren egitura orokorrak normalean gertatzen den argia ia 90° okertzea eragiten du gainazala jotzen duenean, Si planoan zehar alboetara hedatzeko aukera emanez. Alboko hedapen-modu hauek argiaren bidaiaren iraupena areagotzen dute eta eraginkortasunez moteltzen dute, argi-materia elkarrekintza gehiago eta, beraz, xurgapena areagotuz.
Ikertzaileek simulazio optikoak eta analisi teorikoak ere egin zituzten fotoiak harrapatzeko egituren ondorioak hobeto ulertzeko, eta hainbat esperimentu egin zituzten fotodetektagailuak haiekin eta horiek gabe alderatuz. Fotoien harrapaketa NIR espektroan banda zabaleko xurgapenaren eraginkortasunaren hobekuntza nabarmena ekarri zuela ikusi zuten, % 68tik gora mantenduz, % 86ko gailurrarekin. Azpimarratzekoa da infragorri hurbileko bandan fotoi-harrapaketaren fotodetektagailuaren xurgapen-koefizientea silizio arruntarena baino hainbat aldiz handiagoa dela, galio artsenuroa gainditzen duela. Horrez gain, proposatutako diseinua 1μm-ko lodierako silizio-plaketarako bada ere, CMOS elektronikarekin bateragarriak diren 30 nm eta 100 nm-ko silizio-filmen simulazioek antzeko errendimendu hobetua erakusten dute.
Oro har, ikerketa honen emaitzek silizioan oinarritutako fotodetektagailuen errendimendua hobetzeko estrategia itxaropentsua erakusten dute sortzen ari diren aplikazio fotonikoetan. Silizio geruza ultrameheetan ere xurgapen handia lor daiteke, eta zirkuituaren kapazitate parasitoa baxua mantendu daiteke, hori ezinbestekoa da abiadura handiko sistemetan. Horrez gain, proposatutako metodoa CMOS fabrikazio prozesu modernoekin bateragarria da eta, beraz, optoelektronika zirkuitu tradizionaletan integratzeko modua iraultzeko ahalmena du. Horrek, aldi berean, jauzi handiak egiteko bidea eman dezake sare informatiko ultraazkar merkeetan eta irudien teknologian.
Argitalpenaren ordua: 2024-12-12