Teicneòlas ùr delorgaire-foto silicon tana
Tha structaran glacaidh foton air an cleachdadh gus gabhail a-steach solais a leasachadh ann an tanalorgairean-foto silicon
Tha siostaman fotonaig a’ sìor fhàs mòr-chòrdte ann am mòran thagraidhean ùra, nam measg conaltradh optaigeach, mothachadh liDAR, agus ìomhaighean meidigeach. Ach, tha gabhail farsaing ri fotonaig ann am fuasglaidhean innleadaireachd san àm ri teachd an urra ri cosgais saothrachaidh.lorgairean dhealbhan, a tha an uair sin an urra gu ìre mhòr air an t-seòrsa leth-chonnsachaidh a thathar a’ cleachdadh airson an adhbhair sin.
Gu traidiseanta, b’ e silicon (Si) an leth-sheoltóir as cumanta ann an gnìomhachas an eileagtronaig, chun na h-ìre gu bheil a’ mhòr-chuid de ghnìomhachasan air fàs nas aibidh timcheall air an stuth seo. Gu mì-fhortanach, tha co-èifeachd sùghaidh solais car lag aig Si anns an speactram faisg air infridhearg (NIR) an taca ri leth-sheoltairean eile leithid gallium arsenide (GaAs). Air sgàth seo, tha GaAs agus aloidhean co-cheangailte riutha a’ soirbheachadh ann an tagraidhean fotonach ach chan eil iad co-chòrdail ris na pròiseasan leth-sheoltóir meatailt-ocsaid co-phàirteach (CMOS) traidiseanta a thathas a’ cleachdadh ann an cinneasachadh a’ mhòr-chuid de dh’eileagtronaig. Lean seo gu àrdachadh mòr anns na cosgaisean saothrachaidh aca.
Tha luchd-rannsachaidh air dòigh a dhealbhadh gus glacadh faisg air infridhearg ann an silicon a leasachadh gu mòr, agus dh’ fhaodadh seo leantainn gu lughdachadh chosgaisean ann an innealan fotonach àrd-choileanaidh, agus tha sgioba rannsachaidh UC Davis a’ tòiseachadh ro-innleachd ùr gus glacadh solais ann am filmichean tana silicon a leasachadh gu mòr. Anns a’ phàipear as ùire aca aig Advanced Photonics Nexus, tha iad a’ taisbeanadh airson a’ chiad uair taisbeanadh deuchainneach de lorgaire-foto stèidhichte air silicon le structaran micro- agus nano-uachdar a ghlacas solas, a’ coileanadh leasachaidhean coileanaidh nach fhacas a leithid a-riamh an coimeas ri GaAs agus leth-sheoladairean buidheann III-V eile. Tha an lorgaire-foto air a dhèanamh suas de phlàta silicon siolandair micron-tiugh air a chuir air fo-strat inslitheachaidh, le “meòirean” meatailt a’ sìneadh ann an dòigh meòir-forc bhon mheatailt conaltraidh aig mullach a’ phlàta. Gu cudromach, tha an silicon cnapach air a lìonadh le tuill chruinn air an rèiteachadh ann am pàtran ùineil a bhios ag obair mar làraichean glacaidh foton. Bidh structar iomlan an uidheim ag adhbhrachadh gum bi an solas a bhios mar as trice a’ lùbadh faisg air 90° nuair a bhuaileas e an uachdar, a’ leigeil leis sgaoileadh gu taobhach air feadh plèana Si. Bidh na modhan sgaoilidh taobhach seo a’ meudachadh fad siubhail an t-solais agus ga slaodadh sìos gu h-èifeachdach, ag adhbhrachadh barrachd eadar-obrachadh solas-stuth agus mar sin barrachd gabhail a-steach.
Rinn an luchd-rannsachaidh cuideachd ath-aithrisean optaigeach agus mion-sgrùdaidhean teòiridheach gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air buaidhean structaran glacaidh foton, agus rinn iad grunn dheuchainnean a’ dèanamh coimeas eadar lorgairean-foton leotha agus às an aonais. Fhuair iad a-mach gun do lean glacadh foton gu leasachadh mòr ann an èifeachdas glacaidh leathann-bann ann an speactram NIR, a’ fuireach os cionn 68% le mullach de 86%. Is fhiach a thoirt fa-near, anns a’ chòmhlan faisg air infridhearg, gu bheil co-èifeachd glacaidh an lorgaire-foton glacaidh foton grunn thursan nas àirde na co-èifeachd silicon àbhaisteach, a’ dol thairis air gallium arsenide. A bharrachd air an sin, ged a tha an dealbhadh a thathar a’ moladh airson pleitean silicon 1μm de thighead, tha ath-aithrisean de fhilmichean silicon 30 nm agus 100 nm a tha co-chòrdail ri eileagtronaig CMOS a’ sealltainn coileanadh leasaichte coltach ris.
Gu h-iomlan, tha toraidhean an sgrùdaidh seo a’ sealltainn ro-innleachd ghealltanach airson coileanadh lorgairean-foto stèidhichte air silicon a leasachadh ann an tagraidhean fotonaig a tha a’ tighinn am bàrr. Faodar glacadh àrd a choileanadh eadhon ann an sreathan silicon 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 saothrachaidh CMOS an latha an-diugh agus mar sin tha comas aige ath-bhualadh a thoirt air mar a tha optoelectronics air an amalachadh ann an cuairtean traidiseanta. Dh’ fhaodadh seo, an uair sin, an t-slighe a rèiteachadh airson leuman mòra ann an lìonraidhean coimpiutair agus teicneòlas ìomhaighean ultra-luath aig prìs ruigsinneach.
Àm puist: 12 dhen t-Samhain 2024