సన్నని సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క కొత్త సాంకేతికత

కొత్త సాంకేతికతసన్నని సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్
సన్నని లో కాంతి శోషణను పెంచడానికి ఫోటాన్ సంగ్రహణ నిర్మాణాలను ఉపయోగిస్తారుసిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్లు
ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్, లిడార్ సెన్సింగ్ మరియు మెడికల్ ఇమేజింగ్ వంటి అనేక అభివృద్ధి చెందుతున్న అప్లికేషన్లలో ఫోటోనిక్ వ్యవస్థలు వేగంగా ఆదరణ పొందుతున్నాయి. అయితే, భవిష్యత్ ఇంజనీరింగ్ సొల్యూషన్స్‌లో ఫోటోనిక్స్‌ను విస్తృతంగా స్వీకరించడం తయారీ ఖర్చుపై ఆధారపడి ఉంటుంది.ఫోటో డిటెక్టర్లు, ఇది ఆ ప్రయోజనం కోసం ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ రకంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది.
సాంప్రదాయకంగా, సిలికాన్ (Si) ఎలక్ట్రానిక్స్ పరిశ్రమలో సర్వవ్యాప్తంగా ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్, దీని వలన చాలా పరిశ్రమలు ఈ పదార్థం చుట్టూ పరిణతి చెందాయి. దురదృష్టవశాత్తు, గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) వంటి ఇతర సెమీకండక్టర్లతో పోలిస్తే Si నియర్ ఇన్ఫ్రారెడ్ (NIR) స్పెక్ట్రంలో సాపేక్షంగా బలహీనమైన కాంతి శోషణ గుణకాన్ని కలిగి ఉంది. దీని కారణంగా, GaAs మరియు సంబంధిత మిశ్రమాలు ఫోటోనిక్ అనువర్తనాల్లో వృద్ధి చెందుతున్నాయి కానీ చాలా ఎలక్ట్రానిక్స్ ఉత్పత్తిలో ఉపయోగించే సాంప్రదాయ పరిపూరకరమైన మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ (CMOS) ప్రక్రియలతో అనుకూలంగా లేవు. ఇది వాటి తయారీ ఖర్చులలో పదునైన పెరుగుదలకు దారితీసింది.
సిలికాన్‌లో నియర్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ శోషణను బాగా పెంచడానికి పరిశోధకులు ఒక మార్గాన్ని రూపొందించారు, ఇది అధిక-పనితీరు గల ఫోటోనిక్ పరికరాల్లో ఖర్చు తగ్గింపులకు దారితీస్తుంది మరియు UC డేవిస్ పరిశోధన బృందం సిలికాన్ థిన్ ఫిల్మ్‌లలో కాంతి శోషణను బాగా మెరుగుపరచడానికి ఒక కొత్త వ్యూహాన్ని రూపొందిస్తోంది. అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటోనిక్స్ నెక్సస్‌లోని వారి తాజా పత్రంలో, వారు మొదటిసారిగా కాంతి-సంగ్రహణ సూక్ష్మ - మరియు నానో-ఉపరితల నిర్మాణాలతో సిలికాన్-ఆధారిత ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ప్రయోగాత్మక ప్రదర్శనను ప్రదర్శిస్తున్నారు, GaAs మరియు ఇతర III-V గ్రూప్ సెమీకండక్టర్‌లతో పోల్చదగిన అపూర్వమైన పనితీరు మెరుగుదలలను సాధిస్తున్నారు. ఫోటోడెటెక్టర్‌లో ఇన్సులేటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉంచబడిన మైక్రాన్-మందపాటి స్థూపాకార సిలికాన్ ప్లేట్ ఉంటుంది, ప్లేట్ పైభాగంలో ఉన్న కాంటాక్ట్ మెటల్ నుండి ఫింగర్-ఫోర్క్ పద్ధతిలో మెటల్ "వేళ్లు" విస్తరించి ఉంటాయి. ముఖ్యంగా, ముద్దగా ఉండే సిలికాన్ ఫోటాన్ సంగ్రహణ సైట్‌లుగా పనిచేసే ఆవర్తన నమూనాలో అమర్చబడిన వృత్తాకార రంధ్రాలతో నిండి ఉంటుంది. పరికరం యొక్క మొత్తం నిర్మాణం సాధారణంగా సంఘటన కాంతిని ఉపరితలంపై తాకినప్పుడు దాదాపు 90° వంగడానికి కారణమవుతుంది, ఇది Si విమానం వెంట పార్శ్వంగా ప్రచారం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ పార్శ్వ ప్రచార రీతులు కాంతి ప్రయాణ పొడవును పెంచుతాయి మరియు దానిని సమర్థవంతంగా నెమ్మదిస్తాయి, ఇది మరింత కాంతి-పదార్థ పరస్పర చర్యలకు దారితీస్తుంది మరియు తద్వారా శోషణను పెంచుతుంది.
ఫోటాన్ సంగ్రహ నిర్మాణాల ప్రభావాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులు ఆప్టికల్ సిమ్యులేషన్‌లు మరియు సైద్ధాంతిక విశ్లేషణలను కూడా నిర్వహించారు మరియు ఫోటోడెటెక్టర్‌లను వాటితో మరియు లేకుండా పోల్చి అనేక ప్రయోగాలను నిర్వహించారు. ఫోటాన్ సంగ్రహణ NIR స్పెక్ట్రంలో బ్రాడ్‌బ్యాండ్ శోషణ సామర్థ్యంలో గణనీయమైన మెరుగుదలకు దారితీసిందని, 86% గరిష్ట స్థాయితో 68% పైన ఉందని వారు కనుగొన్నారు. సమీప ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లో, ఫోటాన్ సంగ్రహ ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క శోషణ గుణకం సాధారణ సిలికాన్ కంటే చాలా రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది గాలియం ఆర్సెనైడ్‌ను మించిపోతుంది. అదనంగా, ప్రతిపాదిత డిజైన్ 1μm మందపాటి సిలికాన్ ప్లేట్‌ల కోసం అయినప్పటికీ, CMOS ఎలక్ట్రానిక్స్‌తో అనుకూలమైన 30 nm మరియు 100 nm సిలికాన్ ఫిల్మ్‌ల అనుకరణలు ఇలాంటి మెరుగైన పనితీరును చూపుతాయి.
మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు కొత్త ఫోటోనిక్స్ అనువర్తనాల్లో సిలికాన్ ఆధారిత ఫోటోడెటెక్టర్ల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఒక ఆశాజనక వ్యూహాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. అల్ట్రా-సన్నని సిలికాన్ పొరలలో కూడా అధిక శోషణను సాధించవచ్చు మరియు సర్క్యూట్ యొక్క పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్‌ను తక్కువగా ఉంచవచ్చు, ఇది హై-స్పీడ్ సిస్టమ్‌లలో చాలా ముఖ్యమైనది. అదనంగా, ప్రతిపాదిత పద్ధతి ఆధునిక CMOS తయారీ ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్‌ను సాంప్రదాయ సర్క్యూట్‌లలో విలీనం చేసే విధానాన్ని విప్లవాత్మకంగా మార్చే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇది సరసమైన అల్ట్రాఫాస్ట్ కంప్యూటర్ నెట్‌వర్క్‌లు మరియు ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీలో గణనీయమైన పురోగతికి మార్గం సుగమం చేస్తుంది.