얇은 실리콘 광 검출기의 새로운 기술

새로운 기술얇은 실리콘 광 검출기
광자 캡처 구조는 얇은 광 흡수를 향상시키는 데 사용됩니다.실리콘 광 검출기
광학 시스템은 광학 통신, LIDAR 감지 및 의료 영상을 포함한 많은 새로운 응용 분야에서 빠르게 견인력을 얻고 있습니다. 그러나 미래의 엔지니어링 솔루션에서 광범위한 광범위한 채택은 제조 비용에 달려 있습니다.광 검출기이는 그 목적에 사용되는 반도체의 유형에 따라 크게 달라집니다.
전통적으로 실리콘 (SI)은 전자 산업에서 가장 유비쿼터스 반도체 였으므로 대부분의 산업 이이 자료를 중심으로 성숙해졌습니다. 불행히도, SI는 갈륨 아르 세 나이드 (GAA)와 같은 다른 반도체와 비교하여 근적외선 (NIR) 스펙트럼에서 비교적 약한 광 흡수 계수를 갖는다. 이로 인해 GAAS 및 관련 합금은 광 응용 분야에서 번성하고 있지만 대부분의 전자 제품 생산에 사용되는 전통적인 상보적인 금속 산화물 반도체 (CMOS) 프로세스와 호환되지 않습니다. 이로 인해 제조 비용이 급격히 증가했습니다.
연구원들은 실리콘에서 근적외선 흡수를 크게 향상시키는 방법을 고안하여 고성능 광자 장치의 비용 절감으로 이어질 수 있으며 UC Davis 연구팀은 실리콘 박막의 광 흡수를 크게 향상시키기위한 새로운 전략을 개척하고 있습니다. Advanced Photonics Nexus의 최신 논문에서, 그들은 처음으로 Light-Capturing Micro-및 Nano-Surface 구조를 갖춘 실리콘 기반 광 검출기의 실험적 데모를 보여 주어 GAA 및 기타 III-V 그룹 반도체와 비교할 수있는 전례없는 성능 향상을 달성합니다. 광 검출기는 단열 기판에 놓인 미크론 두께의 원통형 실리콘 플레이트로 구성되며, 금속 "손가락"은 플레이트 상단의 접촉 금속에서 손가락 포크 방식으로 확장됩니다. 중요하게도, 울퉁불퉁 한 실리콘은 광자 캡처 부위로서 작용하는 주기적 패턴으로 배열 된 원형 구멍으로 채워진다. 장치의 전체 구조는 표면에 닿을 때 정상적인 입사광이 거의 90 °만큼 구부려지면 Si 평면을 따라 측면으로 전파 될 수 있습니다. 이러한 측면 전파 모드는 빛의 이동 길이를 증가시키고 효과적으로 느리게하여 더 많은 빛의 상호 작용을 초래하여 흡수를 증가시킵니다.
연구원들은 또한 광학 시뮬레이션 및 이론적 분석을 수행하여 광자 캡처 구조의 효과를 더 잘 이해하고 광 검출기를 유무에 관계없이 비교하는 여러 실험을 수행했습니다. 그들은 광자 캡처가 NIR 스펙트럼에서 광대역 흡수 효율의 상당한 개선으로 이어졌으며, 이는 86%의 피크로 68% 이상을 유지한다는 것을 발견했다. 근적외선 밴드에서 광자 캡처 포토 디터의 흡수 계수는 일반 실리콘의 흡수 계수보다 몇 배나 높으며, 비 세나이드를 초과한다는 점에 주목할 가치가있다. 또한, 제안 된 설계는 1μm 두께의 실리콘 플레이트 용이지만, CMOS 전자 제품과 호환되는 30 nm 및 100 nm 실리콘 필름의 시뮬레이션은 유사한 향상된 성능을 보여줍니다.
전반적으로,이 연구의 결과는 새로운 광자 응용 분야에서 실리콘 기반 광 검출기의 성능을 향상시키기위한 유망한 전략을 보여줍니다. 울트라 얇은 실리콘 층에서도 높은 흡수를 달성 할 수 있으며 회로의 기생 커패시턴스는 낮게 유지 될 수 있으며, 이는 고속 시스템에서 중요합니다. 또한 제안 된 방법은 최신 CMOS 제조 공정과 호환되므로 광전자가 전통적인 회로에 통합되는 방식을 혁신 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다. 결과적으로 저렴한 초고속 컴퓨터 네트워크 및 이미징 기술에서 상당한 도약을위한 길을 열어 줄 수 있습니다.