Ìmọ̀-ẹ̀rọ tuntun ti ẹ̀rọ photodetector silicon tinrin

Imọ-ẹrọ tuntun tiohun èlò ìwádìí fọ́tò sílíkọ́nì tín-ín-rín
A lo awọn ẹya gbigba fọton lati mu gbigba ina pọ si ni tinrinàwọn olùwádìí fọ́tò sílíkónì
Àwọn ètò photonic ń yára gba ìfàmọ́ra nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò tó ń yọjú, títí bí ìbánisọ̀rọ̀ optical, ìṣàfihàn liDAR, àti àwòrán ìṣègùn. Síbẹ̀síbẹ̀, gbígbà tí a ń lo photonics nínú àwọn ọ̀nà ìṣiṣẹ́ ẹ̀rọ ọjọ́ iwájú da lórí iye owó iṣẹ́ ṣíṣe.fotodetectors, èyí tí ó sinmi lórí irú semikondokito tí a lò fún ète yẹn.
Àtijọ́, silicon (Si) ni semiconductor tó gbajúmọ̀ jùlọ nínú iṣẹ́ ẹ̀rọ itanna, tó bẹ́ẹ̀ tí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ilé iṣẹ́ ti dàgbàsókè ní àyíká ohun èlò yìí. Ó bani nínú jẹ́ pé Si ní ìwọ̀n ìfàmọ́ra ìmọ́lẹ̀ tó lágbára nínú ìpele infrared (NIR) ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn semiconductor mìíràn bíi gallium arsenide (GaAs). Nítorí èyí, GaAs àti àwọn alloys tó jọra ń gbèrú nínú àwọn ohun èlò photonic ṣùgbọ́n wọn kò bá àwọn ìlànà complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) tí a ń lò nínú iṣẹ́dá ọ̀pọ̀lọpọ̀ ẹ̀rọ itanna mu. Èyí yọrí sí ìbísí tó lágbára nínú iye owó iṣẹ́ wọn.
Àwọn olùwádìí ti ṣe ọ̀nà láti mú kí ìfàmọ́ra infrared nínú silicon pọ̀ sí i gidigidi, èyí tí ó lè yọrí sí ìdínkù owó nínú àwọn ẹ̀rọ photonic tí ó ní agbára gíga, àti pé ẹgbẹ́ ìwádìí UC Davis ń ṣe aṣáájú ọ̀nà tuntun láti mú kí ìfàmọ́ra ìmọ́lẹ̀ pọ̀ sí i nínú àwọn fíìmù silicon tín-ín-rín. Nínú ìwé tuntun wọn ní Advanced Photonics Nexus, wọ́n fi àfihàn àyẹ̀wò ti photodetector tí ó dá lórí silicon hàn pẹ̀lú àwọn ohun èlò micro- àti nano-surface tí ó ń mú ìmọ́lẹ̀ jáde, tí ó ń ṣe àṣeyọrí iṣẹ́ tí kò tíì ṣẹlẹ̀ rí tí ó jọ GaAs àti àwọn semiconductors ẹgbẹ́ III-V mìíràn. Photodetector náà ní àwo silicon cylindrical cylindrical micron-thick tí a gbé sórí substrate insulating, pẹ̀lú “ìka” irin tí ó nà ní ọ̀nà ìka-fọ́ọ̀kì láti inú irin tí ó wà ní orí àwo náà. Ní pàtàkì, silicon tí ó ní ihò kún fún àwọn ihò yípo tí a ṣètò ní ìlànà ìgbàlódé tí ó ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí àwọn ibi ìkópamọ́ photon. Ìṣètò gbogbogbòò ti ẹ̀rọ náà ń mú kí ìmọ́lẹ̀ tí ó sábà máa ń ṣẹlẹ̀ tẹ̀ ní ìwọ̀n 90° nígbà tí ó bá kọlu ojú ilẹ̀ náà, èyí tí ó jẹ́ kí ó tàn káàkiri ní ìhà Si plane. Àwọn ọ̀nà ìtànkálẹ̀ ẹ̀gbẹ́ wọ̀nyí ń mú kí gígùn ìrìnàjò ìmọ́lẹ̀ pọ̀ sí i, wọ́n sì ń dín in kù lọ́nà tó dára, èyí sì ń mú kí ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú àwọn ohun tí ó ní ìmọ́lẹ̀ pọ̀ sí i, èyí sì ń mú kí fífà mọ́ra pọ̀ sí i.
Àwọn olùwádìí náà tún ṣe àwọn àgbékalẹ̀ ìṣàfihàn ojú àti ìwádìí ìmọ̀ láti lóye ipa àwọn ìṣètò ìfàmìrán fọ́tòn dáadáa, wọ́n sì ṣe àwọn àyẹ̀wò púpọ̀ tí wọ́n fi wé àwọn fọ́tònfọ̀ pẹ̀lú àti láìsí wọn. Wọ́n rí i pé fífàmìrán fọ́tòn yọrí sí ìdàgbàsókè pàtàkì nínú ìfàmìrán fọ́tònfọ̀ndá nínú ìwòran NIR, ó dúró ní òkè 68% pẹ̀lú òkìtì 86%. Ó ṣe pàtàkì láti kíyèsí pé nínú ìpele infurarẹẹdi tí ó súnmọ́, ìfàmìrán fífàmìrán fífàmìrán fífàmìránfẹ̀ gíga ti fọ́tònfọ̀njá ga ní ìlọ́po méjì ju ti silikoni lásán lọ, ó ju gallium arsenide lọ. Ní àfikún, bó tilẹ̀ jẹ́ pé a ṣe àgbékalẹ̀ tí a dámọ̀ràn náà fún àwọn àwo silikoni tí ó nípọn 1μm, àwọn àgbékalẹ̀ ìṣàfihàn ti àwọn fíìmù silikoni 30 nm àti 100 nm tí ó bá CMOS electronics mu fi iṣẹ́ tí ó dára jọra hàn.
Ni gbogbogbo, awọn abajade iwadi yii fihan ọgbọn ti o ni ileri fun imudarasi iṣẹ ti awọn photodetectors ti o da lori silicon ninu awọn ohun elo photonics ti n jade. A le gba gbigba giga paapaa ninu awọn fẹlẹfẹlẹ silicon tinrin pupọ, ati pe agbara parasitic ti Circuit naa le jẹ ki o lọ silẹ, eyiti o ṣe pataki ni awọn eto iyara giga. Ni afikun, ọna ti a dabaa baamu pẹlu awọn ilana iṣelọpọ CMOS ode oni ati nitorinaa o ni agbara lati yi ọna ti a fi n ṣe idapọ awọn optoelectronics sinu awọn iyika ibile pada. Eyi, ni ọna miiran, le ṣii ọna fun awọn ilọsiwaju pataki ninu awọn nẹtiwọọki kọnputa ti o yara pupọ ati imọ-ẹrọ aworan ti ifarada.