ቀጭን የሲሊኮን ፎቶዲቴክተር አዲስ ቴክኖሎጂ

አዲስ ቴክኖሎጂ በቀጭን የሲሊኮን ፎቶዲቴክተር
የፎቶን ቀረጻ መዋቅሮች በቀጭን ውስጥ የብርሃን መምጠጥን ለማሻሻል ያገለግላሉየሲሊኮን ፎቶዲቴክተሮች
የፎቶኒክ ሲስተሞች በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን፣ በሊዳር ሴንሲንግ እና በሕክምና ኢሜጂንግ ጨምሮ በብዙ አዳዲስ አፕሊኬሽኖች ውስጥ በፍጥነት እየተስፋፉ ነው። ሆኖም ግን፣ በወደፊት የምህንድስና መፍትሄዎች ውስጥ የፎቶኒክስ በስፋት ተቀባይነት ማግኘቱ የሚወሰነው በማኑፋክቸሪንግ ወጪ ላይ ነው።ፎቶ ጠቋሚዎችይህም በአብዛኛው የተመካው ለዚያ ዓላማ ጥቅም ላይ በሚውለው ሴሚኮንዳክተር ዓይነት ላይ ነው።
በባህላዊ መልኩ፣ ሲሊከን (ሲ) በኤሌክትሮኒክስ ኢንዱስትሪ ውስጥ በጣም ተወዳጅ የሆነው ሴሚኮንዳክተር በመሆኑ አብዛኛዎቹ ኢንዱስትሪዎች በዚህ ቁሳቁስ ዙሪያ ጎልተው ወጥተዋል። በሚያሳዝን ሁኔታ፣ ሲ እንደ ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) ካሉ ሌሎች ሴሚኮንዳክተሮች ጋር ሲነጻጸር በአቅራቢያው ባለው የኢንፍራሬድ (NIR) ስፔክትረም ውስጥ በአንጻራዊ ሁኔታ ደካማ የብርሃን መምጠጥ ኮፊሸንት አለው። በዚህ ምክንያት፣ GaAs እና ተዛማጅ ቅይጥ በፎቶኒክ አፕሊኬሽኖች ውስጥ እያደጉ ናቸው ነገር ግን በአብዛኛዎቹ ኤሌክትሮኒክስ ምርቶች ውስጥ ጥቅም ላይ ከሚውሉት ባህላዊ ተጓዳኝ የብረት-ኦክሳይድ ሴሚኮንዳክተር (CMOS) ሂደቶች ጋር ተኳሃኝ አይደሉም። ይህም በማኑፋክቸሪንግ ወጪያቸው ላይ ከፍተኛ ጭማሪ አስከትሏል።
ተመራማሪዎች በሲሊኮን ውስጥ የኢንፍራሬድ መምጠጥን በእጅጉ ለማሻሻል መንገድ ነድፈዋል፣ ይህም ከፍተኛ አፈጻጸም ባላቸው የፎቶኒክ መሳሪያዎች ላይ የወጪ ቅነሳ ሊያስከትል ይችላል፣ እና የዩሲ ዴቪስ የምርምር ቡድን በሲሊኮን ቀጭን ፊልሞች ላይ የብርሃን መምጠጥን በእጅጉ ለማሻሻል አዲስ ስትራቴጂ አቅኚ ሆኗል። በAdvanced Photonics Nexus የቅርብ ጊዜ ጥናታቸው፣ ለመጀመሪያ ጊዜ በብርሃን የሚይዝ ማይክሮ - እና ናኖ-ገጽታ መዋቅሮች ያሉት በሲሊኮን ላይ የተመሠረተ የፎቶ መመርመሪያ የሙከራ ማሳያ አሳይተዋል፣ ይህም ከGaAs እና ከሌሎች III-V የቡድን ሴሚኮንዳክተሮች ጋር የሚመሳሰል ታይቶ የማይታወቅ የአፈፃፀም ማሻሻያዎችን አስገኝቷል። የፎቶ መመርመሪያው በማይከላከያ ንጣፍ ላይ የተቀመጠ ማይክሮን-ወፍራም ሲሊንደሪክ የሲሊኮን ሳህን ያካትታል፣ የብረት “ጣቶች” በፕላኑ አናት ላይ ካለው የእውቂያ ብረት በጣት-ሹካ መልክ ይዘልቃሉ። አስፈላጊ ሆኖ፣ እብጠቱ ሲሊከን እንደ ፎቶን የመያዝ ቦታዎች ሆነው በሚሰሩ ወቅታዊ ንድፍ በተደረደሩ ክብ ቀዳዳዎች የተሞላ ነው። የመሳሪያው አጠቃላይ መዋቅር በተለምዶ የሚከሰተው ብርሃን ወደ ላይ ሲመታ በ90° አካባቢ እንዲታጠፍ ያደርገዋል፣ ይህም በሲ አውሮፕላን ላይ በጎን እንዲሰራጭ ያስችለዋል። እነዚህ የጎን ስርጭት ሁነታዎች የብርሃንን የጉዞ ርዝመት ይጨምራሉ እና ውጤታማ በሆነ መንገድ ያዘገያሉ፣ ይህም ወደ ብርሃን-ቁስ መስተጋብር የበለጠ ይመራል እና በዚህም ምክንያት የመምጠጥ መጠን ይጨምራል።
ተመራማሪዎቹ የፎቶን ቀረጻ መዋቅሮችን ተፅእኖ በተሻለ ሁኔታ ለመረዳት የኦፕቲካል ማስመሰያዎችን እና የቲዎሬቲካል ትንታኔዎችን አካሂደዋል፣ እና ፎቶዲቴክተሮችን ከነሱ ጋር እና ያለእነሱ በማነፃፀር በርካታ ሙከራዎችን አካሂደዋል። የፎቶን ቀረጻ በ NIR ስፔክትረም ውስጥ የብሮድባንድ መምጠጥ ቅልጥፍና ላይ ጉልህ መሻሻል እንዳስገኘ ደርሰውበታል፣ ይህም ከ68% በላይ እና ከፍተኛው 86% ሆኖ ይቆያል። በአቅራቢያው ባለው የኢንፍራሬድ ባንድ ውስጥ የፎቶን ቀረጻ ፎቶዲቴክተር የመምጠጥ ኮፊሸንት ከተለመደው ሲሊከን ብዙ ጊዜ ከፍ ያለ ሲሆን ከጋሊየም አርሴናይድ ይበልጣል። በተጨማሪም፣ የታቀደው ዲዛይን ለ1 μm ውፍረት ላላቸው የሲሊከን ሳህኖች ቢሆንም፣ ከ CMOS ኤሌክትሮኒክስ ጋር የሚጣጣሙ የ30 nm እና 100 nm የሲሊኮን ፊልሞች ማስመሰያዎች ተመሳሳይ የተሻሻለ አፈፃፀም ያሳያሉ።
በአጠቃላይ፣ የዚህ ጥናት ውጤቶች በዝግጅቶች ላይ በሚገኙ የፎቶኒክስ አፕሊኬሽኖች ውስጥ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የፎቶ መመርመሪያዎችን አፈፃፀም ለማሻሻል ተስፋ ሰጪ ስትራቴጂ ያሳያሉ። እጅግ በጣም ቀጭን በሆኑ የሲሊከን ንብርብሮች ውስጥ እንኳን ከፍተኛ መምጠጥ ሊገኝ ይችላል፣ እና የወረዳው የፓራሳይቲክ አቅም ዝቅተኛ ሆኖ ሊቆይ ይችላል፣ ይህም በከፍተኛ ፍጥነት ስርዓቶች ውስጥ ወሳኝ ነው። በተጨማሪም፣ የቀረበው ዘዴ ከዘመናዊ የCMOS የማምረቻ ሂደቶች ጋር ተኳሃኝ ስለሆነ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ከባህላዊ ወረዳዎች ጋር የተዋሃዱበትን መንገድ አብዮታዊ ለማድረግ አቅም አለው። ይህ ደግሞ በተመጣጣኝ ዋጋ እጅግ ፈጣን የኮምፒውተር አውታረ መረቦች እና የምስል ቴክኖሎጂ ላይ ከፍተኛ እድገት ለማምጣት መንገድ ሊጠርግ ይችላል።