Teknologia berria.siliziozko fotodetektagailu mehea
Fotoiak harrapatzeko egiturak erabiltzen dira argiaren xurgapena hobetzeko material meheetan.siliziozko fotodetektagailuak
Sistema fotonikoak azkar ari dira indarra hartzen aplikazio berri askotan, besteak beste, komunikazio optikoak, liDAR sentsoreak eta irudi medikoak. Hala ere, etorkizuneko ingeniaritza-irtenbideetan fotonikaren erabilera zabala fabrikazio-kostuaren araberakoa da.fotodetektagailuak, eta hori, aldi berean, neurri handi batean helburu horretarako erabiltzen den erdieroale motaren araberakoa da.
Tradizionalki, silizioa (Si) izan da elektronikaren industrian gehien erabili den erdieroalea, hainbeste non industria gehienak material honen inguruan heldu diren. Zoritxarrez, Si-k argiaren xurgapen-koefiziente nahiko ahula du infragorri hurbileko (NIR) espektroan, galio arseniuroarekin (GaAs) bezalako beste erdieroale batzuekin alderatuta. Hori dela eta, GaAs eta erlazionatutako aleazioak aplikazio fotonikoetan hazten ari dira, baina ez dira bateragarriak elektronika gehienen ekoizpenean erabiltzen diren metal-oxido erdieroale osagarri tradizionalen (CMOS) prozesuekin. Horrek haien fabrikazio-kostuen igoera handia ekarri zuen.
Ikertzaileek silizioan infragorri hurbileko xurgapena asko hobetzeko modu bat asmatu dute, eta horrek errendimendu handiko gailu fotonikoen kostuak murriztea ekar dezake, eta UC Davis-eko ikerketa-talde bat siliziozko film meheetan argiaren xurgapena asko hobetzeko estrategia berri baten aitzindaria da. Advanced Photonics Nexus-en egindako azken artikuluan, lehen aldiz erakusten dute siliziozko fotodetektagailu baten erakustaldi esperimental bat, mikro eta nano gainazaleko egiturekin argia harrapatzen dutenak, GaAs-ekin eta beste III-V taldeko erdieroaleekin alderagarriak diren errendimendu-hobekuntza paregabeak lortuz. Fotodetektagailua substratu isolatzaile batean jarritako mikroi-lodierako siliziozko plaka zilindriko batez osatuta dago, eta metalezko "hatzak" plakaren goialdean dagoen kontaktu-metaletik sardexka moduan luzatzen dira. Garrantzitsua da silizio pikortsua eredu periodiko batean antolatutako zulo zirkularrez beteta dagoela, fotoiak harrapatzeko gune gisa jokatzen dutenak. Gailuaren egitura orokorrak normalean eragiten duen argia ia 90° tolestea eragiten du gainazalera iristen denean, eta horrek Si planoan zehar alboetara hedatzea ahalbidetzen du. Alboko hedapen modu hauek argiaren bidaia-luzera handitzen dute eta, eraginkortasunez, moteltzen dute, argi-materia interakzio gehiago eta, beraz, xurgapena handitzen dute.
Ikertzaileek simulazio optikoak eta analisi teorikoak ere egin zituzten fotoiak harrapatzeko egituren efektuak hobeto ulertzeko, eta hainbat esperimentu egin zituzten fotodetektagailuak horiekin eta horiek gabe alderatuz. Ikusi zuten fotoiak harrapatzeak hobekuntza nabarmena ekarri zuela banda zabaleko xurgapen-eraginkortasunean NIR espektroan, % 68tik gora mantenduz eta % 86ko gailurra lortuz. Aipatzekoa da infragorri hurbileko bandan fotoiak harrapatzeko fotodetektagailuaren xurgapen-koefizientea silizio arruntarena baino hainbat aldiz handiagoa dela, galio arseniuroa gaindituz. Gainera, proposatutako diseinua 1 μm-ko lodierako siliziozko plaketarako bada ere, CMOS elektronikarekin bateragarriak diren 30 nm-ko eta 100 nm-ko siliziozko filmen simulazioek antzeko hobekuntza-errendimendua erakusten dute.
Oro har, ikerketa honen emaitzek estrategia itxaropentsua erakusten dute siliziozko fotodetektagailuen errendimendua hobetzeko aplikazio fotoniko berrietan. Xurgapen handia lor daiteke silizio geruza ultra-meheetan ere, eta zirkuituaren kapazitantzia parasitoa baxua mantendu daiteke, eta hori funtsezkoa da abiadura handiko sistemetan. Gainera, proposatutako metodoa CMOS fabrikazio prozesu modernoekin bateragarria da eta, beraz, optoelektronika zirkuitu tradizionaletan integratzeko modua iraultzeko ahalmena du. Horrek, aldi berean, aurrerapen handiak egiteko bidea ireki dezake sare informatiko ultra-azkarretan eta irudi-teknologian.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 12a