טכנולוגיה חדשה של גלאי סיליקון דק

טכנולוגיה חדשה שלגלאי סיליקון דק
מבני לכידת פוטון משמשים לשיפור ספיגת האור בדקפוטו -גלאי סיליקון
מערכות פוטוניות צוברות במהירות מתיחה ביישומים רבים המתעוררים, כולל תקשורת אופטית, חישת לידר והדמיה רפואית. עם זאת, אימוץ נרחב של פוטוניקה בפתרונות הנדסיים עתידיים תלוי בעלות הייצורפוטו -גטורים, אשר בתורו תלוי במידה רבה בסוג המוליכים למחצה המשמש למטרה זו.
באופן מסורתי, סיליקון (SI) היה המוליכים למחצה בכל מקום בתעשיית האלקטרוניקה, עד כדי כך שרוב הענפים התבגרו סביב חומר זה. לרוע המזל, ל- SI מקדם ספיגת אור חלש יחסית בספקטרום האינפרא אדום (NIR) הקרוב בהשוואה למוליכים למחצה אחרים כמו גליום ארסניד (GAAS). מסיבה זו, GAAs וסגסוגות קשורות משגשגות ביישומים פוטוניים אך אינם תואמים לתהליכי מוליכים למחצה של מוליכים למחצה מתכת-חמצן (CMOS) המשלימים המשלימים המשלימים את מרבית האלקטרוניקה. זה הוביל לעלייה חדה בעלויות הייצור שלהם.
החוקרים המציאו דרך לשפר מאוד את הקליטה כמעט אינפרא אדום בסיליקון, מה שעלול להוביל להפחתת עלויות במכשירים פוטוניים בעלי ביצועים גבוהים, וצוות מחקר של UC דייויס מחלץ אסטרטגיה חדשה לשיפור ספיגת האור בסרטי סיליקון. במאמר האחרון שלהם ב- Advanced Photonics Nexus, הם מדגימים לראשונה הדגמה ניסיונית של גלאי פוטו מבוסס סיליקון עם מיקרו לכידת קל-ומבנים של ננו-פני השטח, והשיגו שיפורי ביצועים חסרי תקדים הדומים ל- GAAs ומוליכים קבוצתיים III אחרים. גלאי הצילום מורכב מצלחת סיליקון גלילית בעובי מיקרון המונחת על מצע מבודד, כאשר "אצבעות" מתכתיות משתרעות באופנת אצבעות מהמתכת המגע בחלקו העליון של הצלחת. חשוב לציין כי הסיליקון הגושני מלא בחורים עגולים המסודרים בתבנית תקופתית המשמשת כאתרי לכידת פוטון. המבנה הכולל של המכשיר גורם לאור האירוע בדרך כלל להתכופף בכמעט 90 מעלות כאשר הוא פוגע במשטח, ומאפשר לו להתפשט לרוחב לאורך מישור SI. מצבי התפשטות לרוחב אלה מגדילים את אורך הנסיעות של האור ומאטים אותה ביעילות, מה שמוביל לאינטראקציות יותר של חומר קל ובכך הגביר את הספיגה.
החוקרים ערכו גם הדמיות אופטיות וניתוחים תיאורטיים כדי להבין טוב יותר את ההשפעות של מבני לכידת פוטון, וערכו מספר ניסויים בהשוואה בין גזרי פוטו -גטורים אליהם ובלעדיהם. הם מצאו שלכידת פוטונים הובילה לשיפור משמעותי ביעילות ספיגת הפס הרחב בספקטרום NIR, ונשארה מעל 68% עם שיא של 86%. ראוי לציין כי בפס האינפרא אדום הקרוב, מקדם הקליטה של ​​גלאי הפוטון של לכידת הפוטון גבוה פי כמה מזה של סיליקון רגיל, העולה על ארסניד גליום. בנוסף, למרות שהעיצוב המוצע מיועד לוחות סיליקון בעובי 1 מיקרומטר, הדמיות של 30 ננומטר ו -100 ננומטר סיליקון התואמות את האלקטרוניקה של CMOS מראות ביצועים משופרים דומים.
בסך הכל, תוצאות המחקר מדגימות אסטרטגיה מבטיחה לשיפור הביצועים של גזורי פוטו מבוססי סיליקון ביישומי פוטוניקה מתעוררים. ניתן להשיג ספיגה גבוהה אפילו בשכבות סיליקון דקות במיוחד, והקיבול הטפילי של המעגל יכול להישמר נמוך, וזה קריטי במערכות במהירות גבוהה. בנוסף, השיטה המוצעת תואמת את תהליכי הייצור המודרניים של CMOS ולכן יש לה פוטנציאל לחולל מהפכה באופן בו משולבים אופטו -אלקטרוניקה במעגלים מסורתיים. זה, בתורו, יכול לסלול את הדרך לקפיצות משמעותיות ברשתות מחשב אולטרה -סבולות ובטכנולוגיית הדמיה.