Новая технологияТонкий кремниевый фотоприемник
Структуры захвата фотонов используются для усиления поглощения света в тонкомКремниевые фотоприемники
Фотонные системы быстро набирают обороты во многих новых приложениях, включая оптическую связь, лидарное зондирование и медицинскую визуализацию. Тем не менее, широко распространенное внедрение фотоники в будущих инженерных решениях зависит от стоимости производстваФотографии, что, в свою очередь, зависит во многом от типа полупроводника, используемого для этой цели.
Традиционно, кремний (SI) был самым вездесущим полупроводником в электронической промышленности, настолько, что большинство отраслей созрели вокруг этого материала. К сожалению, SI имеет относительно слабый коэффициент поглощения света в ближнем инфракрасном (NIR) спектре по сравнению с другими полупроводниками, такими как арсенид галлия (GAAS). Из-за этого GAAS и связанных сплавов процветают в фотонных приложениях, но несовместимы с традиционными процессами полупроводникового полупроводника (CMO) (CMOS), используемых при производстве большинства электроники. Это привело к резкому увеличению их производственных затрат.
Исследователи разработали способ значительно улучшить поглощение в ближней инфракрасной форме в кремнии, что может привести к снижению затрат на высокоэффективных фотонных устройствах, а исследовательская группа UC Davis является новой стратегией для значительного улучшения легкого поглощения в тонких фильмах кремния. В своей последней статье в Advanced Photonics Nexus они впервые демонстрируют экспериментальную демонстрацию фотоприемника на основе кремния со светоспособными структурами микро-и наноповерхностями, достигая беспрецедентных улучшений производительности, сравнимых с GAAS и другими полупроводниками II-V Group. Фотографист состоит из цилиндрической кремниевой пластины толщиной толщиной микрон, расположенной на изоляционном подложке, с металлическими «пальцами», простирающимися в манере из контактного металла в верхней части тарелки. Важно отметить, что комкованный кремний заполнен круглыми отверстиями, расположенными в периодической схеме, которые действуют как сайты захвата фотонов. Общая структура устройства приводит к тому, что обычно падающий свет сгибается почти на 90 °, когда оно попадает на поверхность, позволяя ему распространяться в боковом направлении вдоль плоскости Si. Эти режимы бокового распространения увеличивают длину перемещения света и эффективно замедляют его, что приводит к большему количеству световых взаимодействий и, следовательно, увеличению поглощения.
Исследователи также провели оптическое моделирование и теоретический анализ, чтобы лучше понять эффекты структур захвата фотонов, и провели несколько экспериментов, сравнивающих фотосессии с и без них. Они обнаружили, что захват фотонов привел к значительному повышению эффективности поглощения широкополосной связи в спектре NIR, оставаясь выше 68% с пиком 86%. Стоит отметить, что в ближней инфракрасной полосе коэффициент поглощения фотоприемника Photon Capture в несколько раз выше, чем у обычного кремния, превышающего арсенид галлия. Кроме того, хотя предлагаемая конструкция предназначена для кремниевых пластин толщиной 1 мкм, моделирование кремниевых пленок 30 нм и 100 нм, совместимое с электроникой CMOS, показывают аналогичную повышенную производительность.
В целом, результаты этого исследования демонстрируют многообещающую стратегию для повышения эффективности фотоприемников на основе кремния в новых приложениях фотоники. Высокое поглощение может быть достигнуто даже в сверхтонких кремниевых слоях, и паразитическая емкость цепи может быть низкой, что имеет решающее значение в высокоскоростных системах. Кроме того, предлагаемый метод совместим с современными процессами производства CMOS и, следовательно, может революционизировать способ интегрирования оптоэлектроники в традиционные схемы. Это, в свою очередь, может проложить путь для значительных скачков в доступных сверхбыстрых компьютерных сетях и технологии изображений.
Время сообщения: ноябрь-12-2024