Nova tecnologia defotodetector de silici prim
Les estructures de captura de fotons s'utilitzen per millorar l'absorció de la llum en els materials primsfotodetectors de silici
Els sistemes fotònics estan guanyant força ràpidament en moltes aplicacions emergents, incloses les comunicacions òptiques, la detecció de liDAR i la imatge mèdica. Tanmateix, l'adopció generalitzada de la fotònica en futures solucions d'enginyeria depèn del cost de fabricació.fotodetectors, que al seu torn depèn en gran mesura del tipus de semiconductor utilitzat per a aquesta finalitat.
Tradicionalment, el silici (Si) ha estat el semiconductor més omnipresent a la indústria electrònica, tant és així que la majoria de les indústries han madurat al voltant d'aquest material. Malauradament, el Si té un coeficient d'absorció de llum relativament feble en l'espectre d'infrarojos propers (NIR) en comparació amb altres semiconductors com l'arsenur de gal·li (GaAs). Per això, el GaAs i els aliatges relacionats prosperen en aplicacions fotòniques, però no són compatibles amb els processos tradicionals de semiconductors d'òxid metàl·lic complementari (CMOS) utilitzats en la producció de la majoria d'electrònica. Això va provocar un fort augment dels seus costos de fabricació.
Els investigadors han ideat una manera de millorar considerablement l'absorció de l'infraroig proper al silici, la qual cosa podria comportar una reducció de costos en dispositius fotònics d'alt rendiment, i un equip d'investigació de la UC Davis és pioner en una nova estratègia per millorar molt l'absorció de llum a les pel·lícules primes de silici. En el seu últim article a Advanced Photonics Nexus, demostren per primera vegada una demostració experimental d'un fotodetector basat en silici amb estructures micro i nanosuperfícies que capturen la llum, aconseguint millores de rendiment sense precedents comparables amb GaAs i altres semiconductors del grup III-V. . El fotodetector consisteix en una placa de silici cilíndrica de micres de gruix col·locada sobre un substrat aïllant, amb "dits" metàl·lics que s'estenen en forma de forquilla des del metall de contacte a la part superior de la placa. És important destacar que el silici gruixut està ple de forats circulars disposats en un patró periòdic que actuen com a llocs de captura de fotons. L'estructura general del dispositiu fa que la llum incident normalment es doblegui gairebé 90 ° quan toca la superfície, el que li permet propagar-se lateralment al llarg del pla Si. Aquests modes de propagació lateral augmenten la durada del viatge de la llum i la frenen efectivament, donant lloc a més interaccions llum-matèria i, per tant, a una major absorció.
Els investigadors també van realitzar simulacions òptiques i anàlisis teòriques per entendre millor els efectes de les estructures de captura de fotons i van realitzar diversos experiments comparant fotodetectors amb i sense ells. Van trobar que la captura de fotons va provocar una millora significativa en l'eficiència d'absorció de banda ampla a l'espectre NIR, mantenint-se per sobre del 68% amb un pic del 86%. Val la pena assenyalar que a la banda d'infrarojos propers, el coeficient d'absorció del fotodetector de captura de fotons és diverses vegades superior al del silici ordinari, superant l'arsenur de gal·li. A més, tot i que el disseny proposat és per a plaques de silici d'1 μm de gruix, les simulacions de pel·lícules de silici de 30 nm i 100 nm compatibles amb l'electrònica CMOS mostren un rendiment millorat similar.
En general, els resultats d'aquest estudi demostren una estratègia prometedora per millorar el rendiment dels fotodetectors basats en silici en aplicacions fotòniques emergents. Es pot aconseguir una alta absorció fins i tot en capes de silici ultra fines, i la capacitat paràsita del circuit es pot mantenir baixa, la qual cosa és fonamental en sistemes d'alta velocitat. A més, el mètode proposat és compatible amb els processos de fabricació CMOS moderns i, per tant, té el potencial de revolucionar la forma en què s'integra l'optoelectrònica als circuits tradicionals. Això, al seu torn, podria obrir el camí per a salts substancials en xarxes informàtiques ultraràpides assequibles i tecnologia d'imatge.
Hora de publicació: 12-nov-2024