సన్నని సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్ యొక్క కొత్త సాంకేతికత

కొత్త సాంకేతికతసన్నని సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్
పలుచని పొరలలో కాంతి శోషణను పెంచడానికి ఫోటాన్ సంగ్రహణ నిర్మాణాలు ఉపయోగించబడతాయి.సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్లు
ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లు, LiDAR సెన్సింగ్ మరియు మెడికల్ ఇమేజింగ్ వంటి అనేక అభివృద్ధి చెందుతున్న అనువర్తనాలలో ఫోటోనిక్ వ్యవస్థలు వేగంగా ప్రాచుర్యం పొందుతున్నాయి. అయితే, భవిష్యత్ ఇంజనీరింగ్ పరిష్కారాలలో ఫోటోనిక్స్‌ను విస్తృతంగా స్వీకరించడం అనేది తయారీ ఖర్చుపై ఆధారపడి ఉంటుంది.ఫోటో డిటెక్టర్లుఇది, ఆ ప్రయోజనం కోసం ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ రకంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది.
సాంప్రదాయకంగా, ఎలక్ట్రానిక్స్ పరిశ్రమలో సిలికాన్ (Si) అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్‌గా ఉంది, ఎంతగా అంటే చాలా పరిశ్రమలు ఈ పదార్థం ఆధారంగానే అభివృద్ధి చెందాయి. దురదృష్టవశాత్తు, గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) వంటి ఇతర సెమీకండక్టర్లతో పోలిస్తే, Si కి నియర్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (NIR) స్పెక్ట్రమ్‌లో కాంతి శోషణ గుణకం సాపేక్షంగా బలహీనంగా ఉంటుంది. ఈ కారణంగా, GaAs మరియు సంబంధిత మిశ్రమలోహాలు ఫోటోనిక్ అనువర్తనాలలో రాణిస్తున్నప్పటికీ, చాలా ఎలక్ట్రానిక్స్ ఉత్పత్తిలో ఉపయోగించే సాంప్రదాయ కాంప్లిమెంటరీ మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ (CMOS) ప్రక్రియలకు ఇవి అనుకూలంగా లేవు. ఇది వాటి తయారీ ఖర్చులలో తీవ్రమైన పెరుగుదలకు దారితీసింది.
సిలికాన్‌లో సమీప-పరారుణ శోషణను గణనీయంగా పెంచే ఒక మార్గాన్ని పరిశోధకులు రూపొందించారు, ఇది అధిక-పనితీరు గల ఫోటోనిక్ పరికరాల ఖర్చు తగ్గింపులకు దారితీయవచ్చు. అలాగే, సిలికాన్ పలుచని పొరలలో కాంతి శోషణను గణనీయంగా మెరుగుపరచడానికి UC డేవిస్ పరిశోధన బృందం ఒక కొత్త వ్యూహానికి మార్గదర్శకత్వం వహిస్తోంది. అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటోనిక్స్ నెక్సస్‌లో ప్రచురించిన తమ తాజా పత్రంలో, కాంతిని సంగ్రహించే మైక్రో మరియు నానో-ఉపరితల నిర్మాణాలతో కూడిన సిలికాన్ ఆధారిత ఫోటోడిటెక్టర్ యొక్క ప్రయోగాత్మక ప్రదర్శనను వారు మొదటిసారిగా చూపించారు. దీని ద్వారా GaAs మరియు ఇతర III-V గ్రూప్ సెమీకండక్టర్లతో పోల్చదగిన అపూర్వమైన పనితీరు మెరుగుదలలను సాధించారు. ఈ ఫోటోడిటెక్టర్‌లో, ఒక ఇన్సులేటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉంచిన మైక్రాన్ మందం గల స్థూపాకార సిలికాన్ పలక ఉంటుంది. ఈ పలక పైభాగంలో ఉన్న కాంటాక్ట్ మెటల్ నుండి, లోహపు "వేళ్లు" వేలు-ఫోర్క్ ఆకారంలో విస్తరించి ఉంటాయి. ముఖ్యంగా, ఈ గడ్డలు గడ్డలుగా ఉన్న సిలికాన్, ఒక క్రమ పద్ధతిలో అమర్చబడిన వృత్తాకార రంధ్రాలతో నిండి ఉంటుంది, ఇవి ఫోటాన్‌లను సంగ్రహించే ప్రదేశాలుగా పనిచేస్తాయి. ఈ పరికరం యొక్క మొత్తం నిర్మాణం వల్ల, ఉపరితలంపై పడే సాధారణ కాంతి దాదాపు 90° కోణంలో వంగుతుంది, ఇది Si తలం వెంబడి అడ్డంగా ప్రసరించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ పార్శ్వ ప్రసరణ రీతులు కాంతి ప్రయాణ దూరాన్ని పెంచి, దాని వేగాన్ని సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తాయి. దీనివల్ల కాంతి-పదార్థ పరస్పర చర్యలు అధికమై, తద్వారా శోషణ కూడా పెరుగుతుంది.
పరిశోధకులు ఫోటాన్ క్యాప్చర్ నిర్మాణాల ప్రభావాలను మరింతగా అర్థం చేసుకోవడానికి ఆప్టికల్ సిమ్యులేషన్లు మరియు సైద్ధాంతిక విశ్లేషణలు నిర్వహించారు, అలాగే వాటితో మరియు అవి లేకుండా ఫోటోడిటెక్టర్లను పోల్చుతూ అనేక ప్రయోగాలు చేశారు. ఫోటాన్ క్యాప్చర్ వల్ల NIR స్పెక్ట్రమ్‌లో బ్రాడ్‌బ్యాండ్ శోషణ సామర్థ్యం గణనీయంగా మెరుగుపడిందని, ఇది 68% కంటే ఎక్కువగా ఉండి, గరిష్టంగా 86%కి చేరుకుందని వారు కనుగొన్నారు. నియర్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లో, ఫోటాన్ క్యాప్చర్ ఫోటోడిటెక్టర్ యొక్క శోషణ గుణకం సాధారణ సిలికాన్ కంటే చాలా రెట్లు ఎక్కువగా ఉండి, గాలియం ఆర్సెనైడ్‌ను కూడా మించిపోవడం గమనార్హం. అంతేకాకుండా, ప్రతిపాదిత డిజైన్ 1μm మందం గల సిలికాన్ ప్లేట్ల కోసం అయినప్పటికీ, CMOS ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు అనుకూలమైన 30 nm మరియు 100 nm సిలికాన్ ఫిల్మ్‌ల సిమ్యులేషన్లు కూడా ఇదే విధమైన మెరుగైన పనితీరును చూపించాయి.
మొత్తం మీద, ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు అభివృద్ధి చెందుతున్న ఫోటోనిక్స్ అనువర్తనాలలో సిలికాన్ ఆధారిత ఫోటోడిటెక్టర్ల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఒక ఆశాజనకమైన వ్యూహాన్ని ప్రదర్శిస్తున్నాయి. అతి పలుచని సిలికాన్ పొరలలో కూడా అధిక శోషణను సాధించవచ్చు మరియు సర్క్యూట్ యొక్క పారాసిటిక్ కెపాసిటెన్స్‌ను తక్కువగా ఉంచవచ్చు, ఇది అధిక-వేగ వ్యవస్థలలో చాలా కీలకం. అదనంగా, ప్రతిపాదిత పద్ధతి ఆధునిక CMOS తయారీ ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉంది మరియు అందువల్ల సాంప్రదాయ సర్క్యూట్లలో ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్‌ను ఏకీకృతం చేసే విధానంలో విప్లవాత్మక మార్పులు తీసుకువచ్చే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. ఇది, సరసమైన అల్ట్రాఫాస్ట్ కంప్యూటర్ నెట్‌వర్క్‌లు మరియు ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీలో గణనీయమైన పురోగతికి మార్గం సుగమం చేయగలదు.