Ný tækni afþunnur sílikon ljósnemi
Ljóseindafangamannvirki eru notuð til að auka ljósgleypni í þunnumsílikon ljósnemar
Ljósmyndakerfi eru ört að ná tökum á mörgum nýjum forritum, þar á meðal sjónsamskiptum, liDAR skynjun og læknisfræðilegri myndgreiningu. Hins vegar er útbreidd notkun ljóseindatækni í framtíðarverkfræðilausnum háð framleiðslukostnaðiljósnemar, sem aftur fer að miklu leyti eftir gerð hálfleiðara sem notuð eru í þeim tilgangi.
Hefð er fyrir því að kísill (Si) hefur verið alls staðar nálægasti hálfleiðarinn í rafeindaiðnaðinum, svo mikið að flestar atvinnugreinar hafa þroskast í kringum þetta efni. Því miður hefur Si tiltölulega veikan ljósgleypni í nær innrauða (NIR) litrófinu samanborið við aðra hálfleiðara eins og gallíumarseníð (GaAs). Vegna þessa þrífast GaAs og tengdar málmblöndur í ljóseindatækni en eru ekki samhæfðar hefðbundnum málmoxíð hálfleiðurum (CMOS) ferlum sem notuð eru við framleiðslu flestra rafeindatækja. Þetta leiddi til mikillar hækkunar á framleiðslukostnaði þeirra.
Vísindamenn hafa fundið upp leið til að auka til muna nær-innrauða frásog í sílikoni, sem gæti leitt til kostnaðarlækkunar á afkastamiklum ljóseindatækjum, og rannsóknarteymi UC Davis er brautryðjandi í nýrri stefnu til að bæta ljósgleypni í þunnum sílikonfilmum til muna. Í nýjustu grein sinni hjá Advanced Photonics Nexus sýna þeir í fyrsta skipti tilraunasýningu á kísil-undirstaða ljósnema með ljósfangandi ör- og nanó-yfirborðsbyggingum, sem ná áður óþekktum frammistöðubótum sem eru sambærilegar við GaAs og aðra III-V hóp hálfleiðara . Ljósnemarinn samanstendur af míkronþykkri sílikonplötu sem er sett á einangrandi undirlag, með málm „fingrum“ sem teygja sig með fingurgaffli frá snertimálmi efst á plötunni. Mikilvægt er að klumpóttur kísillinn er fylltur með hringlaga holum sem raðað er í reglubundið mynstur sem virka sem ljóseindafangastaðir. Heildarbygging tækisins veldur því að ljósið sem venjulega fellur beygist um næstum 90° þegar það lendir á yfirborðinu, sem gerir því kleift að dreifa sér til hliðar meðfram Si-planinu. Þessir hliðarútbreiðslumátar auka lengd ljóssins og hægja í raun á því, sem leiðir til meiri samskipta ljóss og efnis og þar með aukinnar frásogs.
Rannsakendur gerðu einnig sjónlíkingar og fræðilegar greiningar til að skilja betur áhrif ljóseindafangabygginga og gerðu nokkrar tilraunir þar sem ljósnemar voru bornar saman með og án þeirra. Þeir komust að því að ljóseindafangun leiddi til verulegrar framförar á breiðbandsgleypnivirkni í NIR litrófinu og hélst yfir 68% með hámarki upp á 86%. Það er athyglisvert að á nær innrauða bandinu er frásogsstuðull ljóseindafangaljósnemans nokkrum sinnum hærri en venjulegs kísils og fer yfir gallíumarseníð. Að auki, þó að fyrirhuguð hönnun sé fyrir 1μm þykkar sílikonplötur, sýna eftirlíkingar af 30 nm og 100 nm sílikonfilmum samhæfðar CMOS rafeindatækni svipaða aukna afköst.
Á heildina litið sýna niðurstöður þessarar rannsóknar vænlega stefnu til að bæta frammistöðu kísil-undirstaða ljósnema í nýjum ljóseindatækniforritum. Mikið frásog er hægt að ná jafnvel í ofurþunnum kísillögum og hægt er að halda sníkjurýmd hringrásarinnar lágu, sem er mikilvægt í háhraðakerfum. Að auki er fyrirhuguð aðferð samhæf við nútíma CMOS framleiðsluferla og hefur því möguleika á að gjörbylta því hvernig ljóseindatækni er samþætt í hefðbundnar rafrásir. Þetta gæti aftur á móti rutt brautina fyrir verulegum stökkum í hagkvæmum ofurhröðum tölvunetum og myndtækni.
Pósttími: 12-nóv-2024