Teicneòlas ùr de photodetector tana silicon

Teicneòlas ùr aLorgair photodetector silicon tana
Bithear a’ cleachdadh structaran glacaidh photon gus gabhail ri solas ann an tanalorgairean dealbhan silicon
Tha siostaman photonic a’ faighinn tarraing gu luath ann am mòran thagraidhean a tha a’ tighinn am bàrr, a’ gabhail a-steach conaltradh optigeach, mothachadh liDAR, agus ìomhaighean meidigeach. Ach, tha gabhail farsaing de photonics ann am fuasglaidhean innleadaireachd san àm ri teachd an urra ri cosgais saothrachaidhlorgairean dealbhan, a tha e fhèin an urra gu ìre mhòr air an t-seòrsa semiconductor a thathar a’ cleachdadh airson an adhbhair sin.
Gu traidiseanta, tha silicon (Si) air a bhith mar an semiconductor as uile-làthaireach ann an gnìomhachas dealanach, cho mòr gus am bi a’ mhòr-chuid de ghnìomhachasan air aibidh timcheall air an stuth seo. Gu mì-fhortanach, tha co-èifeachd sùghaidh solais an ìre mhath lag aig Si anns an speactram faisg air fo-dhearg (NIR) an coimeas ri semiconductors eile leithid gallium arsenide (GaAs). Air sgàth seo, tha GaAs agus aloidhean co-cheangailte riutha a’ soirbheachadh ann an tagraidhean photonic ach chan eil iad co-chòrdail ris na pròiseasan traidiseanta leth-chonnsair meatailt-ocsaid (CMOS) a thathas a’ cleachdadh ann a bhith a’ dèanamh a’ mhòr-chuid de stuthan dealanach. Dh'adhbhraich seo àrdachadh mòr anns na cosgaisean saothrachaidh aca.
Tha luchd-rannsachaidh air dòigh a dhealbhadh gus àrdachadh mòr a thoirt air in-ghabhail faisg air infridhearg ann an silicon, a dh’ fhaodadh lughdachadh cosgais ann an innealan photonic àrd-choileanaidh a thoirt gu buil, agus tha sgioba rannsachaidh UC Davis a’ cur ro-innleachd ùr air adhart gus àrdachadh mòr a thoirt air in-ghabhail solais ann am filmichean tana silicon. Anns a’ phàipear as ùire aca aig Advanced Photonics Nexus, bidh iad a’ taisbeanadh airson a’ chiad uair taisbeanadh deuchainneach de photodetector stèidhichte air silicon le structaran micro-agus nano-uachdar a tha a’ glacadh solais, a’ coileanadh leasachaidhean coileanaidh nach fhacas a-riamh an coimeas ri GaAs agus semiconductors buidheann III-V eile. . Tha an photodetector air a dhèanamh suas de phlàta silicon siolandair micron-tiugh air a chuir air substrate inslithe, le “meòir” meatailt a’ leudachadh ann am fasan meòir bhon mheatailt conaltraidh aig mullach a ’phlàta. Gu cudromach, tha an sileacon cnapach air a lìonadh le tuill cruinn air an rèiteachadh ann am pàtran bho àm gu àm a bhios mar làraich glacaidh photon. Tha structar iomlan an inneil ag adhbhrachadh gum bi an solas àbhaisteach a’ lùbadh faisg air 90 ° nuair a bhuaileas e an uachdar, a’ leigeil leis gluasad gu taobhach air an itealan Si. Bidh na modhan iomadachaidh taobhach seo a 'meudachadh fad siubhal an t-solais agus gu h-èifeachdach ga dhèanamh nas slaodaiche, a' leantainn gu barrachd eadar-obrachaidhean cuspair aotrom agus mar sin barrachd sùghaidh.
Rinn an luchd-rannsachaidh cuideachd samhlaidhean optigeach agus mion-sgrùdaidhean teòiridheach gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air buaidhean structaran glacaidh photon, agus rinn iad grunn dheuchainnean a’ dèanamh coimeas eadar photodetectors leotha agus às aonais. Fhuair iad a-mach gun do dh’ adhbhraich glacadh photon adhartas mòr ann an èifeachdas sùghaidh bann-leathann anns an speactram NIR, a’ fuireach os cionn 68% le stùc de 86%. Is fhiach a bhith mothachail, anns a 'chòmhlan faisg air fo-dhearg, gu bheil co-èifeachd ion-ghabhail an photodetector glacadh photon grunn thursan nas àirde na an ìre de silicon àbhaisteach, nas àirde na gallium arsenide. A bharrachd air an sin, ged a tha an dealbhadh a thathar a’ moladh airson truinnsearan sileacain 1μm tiugh, tha samhlaidhean de fhilmichean 30 nm agus 100 nm silicon a tha co-chosmhail ri electronics CMOS a’ nochdadh coileanadh leasaichte coltach ris.
Gu h-iomlan, tha toraidhean an sgrùdaidh seo a’ nochdadh ro-innleachd gealltanach airson coileanadh photodetectors stèidhichte air silicon a leasachadh ann an tagraidhean photonics a tha a’ tighinn am bàrr. Faodar sùghadh àrd a choileanadh eadhon ann an sreathan silicon ultra-tana, agus faodar comas dìosganach a ’chuairt a chumail ìosal, rud a tha deatamach ann an siostaman àrd-astar. A bharrachd air an sin, tha an dòigh a thathar a’ moladh co-chòrdail ri pròiseasan cinneasachaidh CMOS an latha an-diugh agus mar sin tha comas aige an dòigh anns a bheil optoelectronics air am filleadh a-steach do chuairtean traidiseanta atharrachadh. Dh’ fhaodadh seo, an uair sin, an t-slighe a dhealbhadh airson leuman mòra ann an lìonraidhean coimpiutair ultrafast aig prìs ruigsinneach agus teicneòlas ìomhaighean.