પાતળા સિલિકોન ફોટોોડેક્ટરની નવી તકનીક

નવી તકનીકપાતળી સિલિકોન ફોટોોડેક્ટર
ફોટોન કેપ્ચર સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ પાતળા પ્રકાશ શોષણને વધારવા માટે થાય છેસિલિકોન ફોટોોડેક્ટર્સ
ફોટોનિક સિસ્ટમ્સ opt પ્ટિકલ કમ્યુનિકેશન્સ, લિડર સેન્સિંગ અને મેડિકલ ઇમેજિંગ સહિત ઘણા ઉભરતા એપ્લિકેશનોમાં ઝડપથી ટ્રેક્શન મેળવી રહી છે. જો કે, ભવિષ્યના એન્જિનિયરિંગ સોલ્યુશન્સમાં ફોટોનિક્સનો વ્યાપક દત્તક ઉત્પાદનના ખર્ચ પર આધારિત છેફોટોોડેક્ટીઓ, જે બદલામાં તે હેતુ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સેમિકન્ડક્ટરના પ્રકાર પર આધારિત છે.
પરંપરાગત રીતે, સિલિકોન (એસઆઈ) ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં સૌથી સર્વવ્યાપક સેમિકન્ડક્ટર રહ્યો છે, એટલા માટે કે મોટાભાગના ઉદ્યોગો આ સામગ્રીની આસપાસ પરિપક્વ થયા છે. દુર્ભાગ્યવશ, ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (જીએએએસ) જેવા અન્ય સેમિકન્ડક્ટરની તુલનામાં નજીકના ઇન્ફ્રારેડ (એનઆઈઆર) સ્પેક્ટ્રમમાં એસઆઈ પ્રમાણમાં નબળા પ્રકાશ શોષણ ગુણાંક ધરાવે છે. આને કારણે, ગાએ અને સંબંધિત એલોય ફોટોનિક એપ્લિકેશનમાં સમૃદ્ધ છે પરંતુ મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોનિક્સના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવામાં આવતી પરંપરાગત પૂરક મેટલ- ox કસાઈડ સેમિકન્ડક્ટર (સીએમઓએસ) પ્રક્રિયાઓ સાથે સુસંગત નથી. આનાથી તેમના ઉત્પાદન ખર્ચમાં તીવ્ર વધારો થયો.
સંશોધનકારોએ સિલિકોનમાં નજીકના ઇન્ફ્રારેડ શોષણને મોટા પ્રમાણમાં વધારવાનો માર્ગ ઘડ્યો છે, જે ઉચ્ચ પ્રદર્શન ફોટોનિક ઉપકરણોમાં ખર્ચમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે, અને યુસી ડેવિસ રિસર્ચ ટીમ સિલિકોન પાતળા ફિલ્મોમાં પ્રકાશ શોષણને મોટા પ્રમાણમાં સુધારવા માટે નવી વ્યૂહરચનાની અગ્રણી કરી રહી છે. અદ્યતન ફોટોનિક્સ નેક્સસના તેમના તાજેતરના કાગળમાં, તેઓ પ્રથમ વખત લાઇટ-કેપ્ચરિંગ માઇક્રો-અને નેનો-સપાટીના માળખાંવાળા સિલિકોન-આધારિત ફોટોોડેક્ટરનું પ્રાયોગિક નિદર્શન દર્શાવે છે, જીએએએસ અને અન્ય III-V જૂથ સેમિકન્ડક્ટર્સ સાથે તુલનાત્મક અભૂતપૂર્વ પ્રદર્શન સુધારણા પ્રાપ્ત કરે છે. ફોટોોડેક્ટરમાં માઇક્રોન-જાડા નળાકાર સિલિકોન પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે જે ઇન્સ્યુલેટીંગ સબસ્ટ્રેટ પર મૂકવામાં આવે છે, જેમાં મેટલ "આંગળીઓ" પ્લેટની ટોચ પર સંપર્ક ધાતુમાંથી આંગળી-કાંટોની ફેશનમાં વિસ્તરે છે. મહત્વનું છે કે, ગઠેદાર સિલિકોન સમયાંતરે પેટર્નમાં ગોઠવાયેલા ગોળાકાર છિદ્રોથી ભરેલું છે જે ફોટોન કેપ્ચર સાઇટ્સ તરીકે કાર્ય કરે છે. ઉપકરણની એકંદર રચના સામાન્ય રીતે ઘટના પ્રકાશને લગભગ 90 by દ્વારા વળાંક આપે છે જ્યારે તે સપાટીને ફટકારે છે, તેને સી પ્લેન સાથે બાજુમાં ફેલાવવાની મંજૂરી આપે છે. આ બાજુની પ્રસાર મોડ્સ પ્રકાશની મુસાફરીની લંબાઈમાં વધારો કરે છે અને અસરકારક રીતે તેને ધીમું કરે છે, જેનાથી વધુ પ્રકાશ-મેટર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થાય છે અને તેથી શોષણમાં વધારો થાય છે.
સંશોધનકારોએ ફોટોન કેપ્ચર સ્ટ્રક્ચર્સની અસરોને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે opt પ્ટિકલ સિમ્યુલેશન અને સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણ પણ હાથ ધર્યા, અને ફોટોોડેક્ટરોની સાથે અને તેના વિનાની તુલનામાં ઘણા પ્રયોગો કર્યા. તેઓએ શોધી કા .્યું કે ફોટોન કેપ્ચરને લીધે એનઆઈઆર સ્પેક્ટ્રમમાં બ્રોડબેન્ડ શોષણ કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો થયો, જે% 86% ની ટોચ સાથે% 68% થી ઉપર રહ્યો. તે નોંધવું યોગ્ય છે કે નજીકના ઇન્ફ્રારેડ બેન્ડમાં, ફોટોન કેપ્ચર ફોટોોડેક્ટરનું શોષણ ગુણાંક સામાન્ય સિલિકોન કરતા ઘણી ગણી વધારે છે, જે ગેલિયમ આર્સેનાઇડથી વધુ છે. આ ઉપરાંત, સૂચિત ડિઝાઇન 1μm જાડા સિલિકોન પ્લેટો માટે છે, 30 એનએમ અને 100 એનએમ સિલિકોન ફિલ્મોના સિમ્યુલેશન સીએમઓએસ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે સુસંગત સમાન ઉન્નત પ્રદર્શન દર્શાવે છે.
એકંદરે, આ અભ્યાસના પરિણામો ઉભરતા ફોટોનિક્સ એપ્લિકેશનમાં સિલિકોન-આધારિત ફોટોોડેક્ટરોના પ્રભાવમાં સુધારો કરવા માટે આશાસ્પદ વ્યૂહરચના દર્શાવે છે. અલ્ટ્રા-પાતળા સિલિકોન સ્તરોમાં પણ ઉચ્ચ શોષણ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, અને સર્કિટની પરોપજીવી કેપેસિટીન્સ ઓછી રાખી શકાય છે, જે હાઇ સ્પીડ સિસ્ટમોમાં મહત્વપૂર્ણ છે. આ ઉપરાંત, સૂચિત પદ્ધતિ આધુનિક સીએમઓએસ મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયાઓ સાથે સુસંગત છે અને તેથી to પ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પરંપરાગત સર્કિટ્સમાં એકીકૃત થવાની રીત ક્રાંતિ લાવવાની સંભાવના છે. આ બદલામાં, પરવડે તેવા અલ્ટ્રાફાસ્ટ કમ્પ્યુટર નેટવર્ક અને ઇમેજિંગ તકનીકમાં નોંધપાત્ર કૂદકો લગાવવાનો માર્ગ મોકળો કરી શકે છે.