ቀጭን የሲሊኮን ፎቶ መፈለጊያ አዲስ ቴክኖሎጂ

አዲስ ቴክኖሎጂ የቀጭን የሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚ
የፎቶን ቀረጻ አወቃቀሮች በቀጭኑ የብርሃን መምጠጥን ለመጨመር ያገለግላሉየሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚዎች
የፎቶኒክ ሲስተሞች ኦፕቲካል ኮሙኒኬሽንን፣ የሊዳር ዳሳሽ እና የህክምና ምስልን ጨምሮ በብዙ አዳዲስ አፕሊኬሽኖች ውስጥ በፍጥነት ቀልብን እያገኙ ነው። ይሁን እንጂ ወደፊት የምህንድስና መፍትሔዎች ውስጥ የፎቶኒክስ ሰፊ ተቀባይነት በማምረት ዋጋ ላይ ይወሰናልፎቶ ጠቋሚዎች, እሱም በተራው በአብዛኛው የተመካው ለዚሁ ዓላማ ጥቅም ላይ በሚውለው ሴሚኮንዳክተር ዓይነት ላይ ነው.
በተለምዶ ሲሊኮን (ሲ) በኤሌክትሮኒክስ ኢንዱስትሪ ውስጥ በሁሉም ቦታ የሚገኝ ሴሚኮንዳክተር ነው ፣ ስለሆነም አብዛኛዎቹ ኢንዱስትሪዎች በዚህ ቁሳቁስ ዙሪያ ያደጉ ናቸው። እንደ አለመታደል ሆኖ ሲ ከሌሎች ሴሚኮንዳክተሮች እንደ ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) ጋር ሲነፃፀር በአቅራቢያው ባለው የኢንፍራሬድ (NIR) ስፔክትረም ውስጥ በአንጻራዊ ሁኔታ ደካማ የብርሃን መምጠጥ ቅንጅት አለው። በዚህ ምክንያት, GAAs እና ተዛማጅ ውህዶች በፎቶኒክ አፕሊኬሽኖች ውስጥ እየበለጸጉ ናቸው ነገር ግን በአብዛኛዎቹ ኤሌክትሮኒክስ ምርት ውስጥ ጥቅም ላይ ከሚውሉት ባህላዊ ተጨማሪ የብረት-ኦክሳይድ ሴሚኮንዳክተር (CMOS) ሂደቶች ጋር ተኳሃኝ አይደሉም። ይህም የማምረቻ ወጪያቸው በከፍተኛ ሁኔታ እንዲጨምር አድርጓል።
ተመራማሪዎች በሲሊኮን ውስጥ በአቅራቢያው የሚገኘውን የኢንፍራሬድ መምጠጥን በእጅጉ የሚያጎለብቱበትን መንገድ ቀርፀዋል ይህም ከፍተኛ አፈፃፀም ባላቸው የፎቶኒክ መሳሪያዎች ላይ ወጪን ሊቀንስ ይችላል እና የዩሲ ዴቪስ የምርምር ቡድን በሲሊኮን ስስ ፊልሞች ላይ የብርሃን መምጠጥን በእጅጉ ለማሻሻል አዲስ ስልት ፈር ቀዳጅ ነው. በ Advanced Photonics Nexus ላይ ባሳተሙት የቅርብ ጊዜ ፅሑፋቸው፣ ከጋኤኤኤስ እና ከሌሎች III-V ቡድን ሴሚኮንዳክተሮች ጋር የሚወዳደር ታይቶ የማይታወቅ የአፈጻጸም ማሻሻያዎችን በማስገኘት በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ የፎቶ መመርመሪያ ብርሃንን የሚይዙ ጥቃቅን እና ናኖ ወለል አወቃቀሮችን የሚያሳይ የሙከራ ማሳያ ለመጀመሪያ ጊዜ አሳይተዋል። . የፎቶ መመርመሪያው በማይክሮን-ወፍራም ሲሊንደሪካል ሲሊከን ጠፍጣፋ በማገገሚያ ንጣፍ ላይ የተቀመጠ ፣ የብረት “ጣቶች” በጣት ሹካ በጠፍጣፋው ላይኛው ክፍል ላይ ካለው የእውቂያ ብረት ጋር የተዘረጋ ነው። በጣም አስፈላጊው ነገር፣ ጥቅጥቅ ያለ ሲሊከን በፎቶን የሚቀረጽ ቦታ ሆኖ በሚያገለግል ወቅታዊ ንድፍ በተደረደሩ ክብ ጉድጓዶች የተሞላ ነው። የመሳሪያው አጠቃላይ አወቃቀሩ የተለመደው ብርሃን ወደላይ ሲመታ ወደ 90° አካባቢ እንዲታጠፍ ያደርገዋል። እነዚህ የላተራል ስርጭት ሁነታዎች የብርሃንን የጉዞ ርዝመት ያሳድጋሉ እና ውጤታማ በሆነ መንገድ ፍጥነት ይቀንሳል ይህም ወደ ብዙ ብርሃን-ነገር መስተጋብር ያመራል እና በዚህም የመጠጣትን ይጨምራል.
ተመራማሪዎቹ የፎቶን ቀረጻ አወቃቀሮችን ተፅእኖ የበለጠ ለመረዳት የኦፕቲካል ሲሙሌሽን እና የንድፈ ሃሳባዊ ትንታኔዎችን ያደረጉ ሲሆን የፎቶን ዳሳሾች ከነሱ እና ከነሱ ጋር በማነፃፀር በርካታ ሙከራዎችን አድርገዋል። የፎቶን ቀረጻ በNIR ስፔክትረም ውስጥ በብሮድባንድ የመምጠጥ ቅልጥፍና ላይ ከፍተኛ መሻሻል እንዳሳየና ከ68 በመቶ በላይ በመቆየት በ86 በመቶ ከፍተኛ መሻሻል እንዳስገኘ ደርሰውበታል። በአቅራቢያው ባለው የኢንፍራሬድ ባንድ ውስጥ የፎቶን ቀረጻ የፎቶ መመርመሪያው የመምጠጥ ኮፊሸንት ከተለመደው ሲሊከን ብዙ እጥፍ ከፍ ያለ መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል ፣ ይህም ከጋሊየም አርሴንዲድ ይበልጣል። በተጨማሪም, የታቀደው ንድፍ ለ 1μm ውፍረት ያለው የሲሊኮን ሰሌዳዎች ቢሆንም, ከ CMOS ኤሌክትሮኒክስ ጋር የሚጣጣሙ የ 30 nm እና 100 nm የሲሊኮን ፊልሞች ተመሳሳይ የተሻሻለ አፈፃፀም ያሳያሉ.
በአጠቃላይ ፣ የዚህ ጥናት ውጤቶች በሳይኮን ላይ የተመሰረቱ የፎቶ ዳሳሾች በታዳጊ የፎቶኒክስ አፕሊኬሽኖች ውስጥ አፈፃፀምን ለማሻሻል ተስፋ ሰጭ ስልት ያሳያሉ። እጅግ በጣም ቀጭ ባሉ የሲሊኮን ንብርብሮች ውስጥ እንኳን ከፍተኛ የመምጠጥ ችሎታ ሊገኝ ይችላል, እና የወረዳው ጥገኛ አቅም ዝቅተኛ ሆኖ በከፍተኛ ፍጥነት በሚሰሩ ስርዓቶች ውስጥ ወሳኝ ነው. በተጨማሪም, የታቀደው ዘዴ ከዘመናዊው የ CMOS የማምረቻ ሂደቶች ጋር ተኳሃኝ ስለሆነ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ወደ ባሕላዊ ወረዳዎች የተዋሃደበትን መንገድ የመቀየር አቅም አለው. ይህ በበኩሉ በተመጣጣኝ ዋጋ በተመጣጣኝ እጅግ በጣም ጥሩ የኮምፒውተር ኔትወርኮች እና ኢሜጂንግ ቴክኖሎጂ ላይ ጉልህ የሆነ ዝላይ ለማምጣት መንገድ ይከፍታል።