மெல்லிய சிலிக்கான் போட்டோடெக்டரின் புதிய தொழில்நுட்பம்

புதிய தொழில்நுட்பம்மெல்லிய சிலிக்கான் போட்டோடெக்டர்
மெல்லிய ஒளி உறிஞ்சுதலை அதிகரிக்க ஃபோட்டான் பிடிப்பு கட்டமைப்புகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றனசிலிக்கான் போட்டோடெக்டர்கள்
ஒளியியல் தொடர்புகள், liDAR உணர்தல் மற்றும் மருத்துவ இமேஜிங் உள்ளிட்ட பல வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகளில் ஃபோட்டானிக் அமைப்புகள் விரைவாக இழுவை பெறுகின்றன. இருப்பினும், எதிர்கால பொறியியல் தீர்வுகளில் ஃபோட்டானிக்ஸ் பரவலாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படுவது உற்பத்தி செலவைப் பொறுத்ததுபோட்டோடெக்டர்கள், இது பெரும்பாலும் அந்த நோக்கத்திற்காகப் பயன்படுத்தப்படும் குறைக்கடத்தி வகையைச் சார்ந்தது.
பாரம்பரியமாக, சிலிக்கான் (Si) எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் மிகவும் எங்கும் நிறைந்த குறைக்கடத்தியாக இருந்து வருகிறது, அதனால் பெரும்பாலான தொழில்கள் இந்த பொருளைச் சுற்றி முதிர்ச்சியடைந்துள்ளன. துரதிர்ஷ்டவசமாக, கேலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) போன்ற மற்ற குறைக்கடத்திகளுடன் ஒப்பிடும்போது Si ஆனது அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு (NIR) நிறமாலையில் ஒப்பீட்டளவில் பலவீனமான ஒளி உறிஞ்சுதல் குணகத்தைக் கொண்டுள்ளது. இதன் காரணமாக, GaAக்கள் மற்றும் தொடர்புடைய உலோகக்கலவைகள் ஃபோட்டானிக் பயன்பாடுகளில் செழித்து வருகின்றன, ஆனால் பெரும்பாலான எலக்ட்ரானிக்ஸ் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படும் பாரம்பரிய நிரப்பு உலோக-ஆக்சைடு குறைக்கடத்தி (CMOS) செயல்முறைகளுடன் இணக்கமாக இல்லை. இது அவர்களின் உற்பத்தி செலவுகளில் கூர்மையான அதிகரிப்புக்கு வழிவகுத்தது.
சிலிக்கானில் உள்ள அகச்சிவப்பு உறிஞ்சுதலை பெரிதும் மேம்படுத்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு வழியை வகுத்துள்ளனர், இது உயர் செயல்திறன் கொண்ட ஃபோட்டானிக் சாதனங்களில் செலவுக் குறைப்புகளுக்கு வழிவகுக்கும், மேலும் UC டேவிஸ் ஆராய்ச்சி குழு சிலிக்கான் மெல்லிய படங்களில் ஒளி உறிஞ்சுதலை பெரிதும் மேம்படுத்துவதற்கான புதிய உத்தியை முன்னோடியாகக் கொண்டுள்ளது. மேம்பட்ட ஃபோட்டானிக்ஸ் நெக்ஸஸ் அவர்களின் சமீபத்திய ஆய்வறிக்கையில், அவர்கள் முதன்முறையாக சிலிக்கான்-அடிப்படையிலான ஃபோட்டோடெக்டரின் ஒளி-பிடிப்பு மைக்ரோ மற்றும் நானோ-மேற்பரப்பு அமைப்புகளுடன் கூடிய சோதனையான செயல்விளக்கத்தை நிரூபித்து, GaAs மற்றும் பிற III-V குழு செமிகண்டக்டர்களுடன் ஒப்பிடக்கூடிய முன்னோடியில்லாத செயல்திறன் மேம்பாடுகளை அடைந்தனர். . ஃபோட்டோடெக்டர் ஒரு மைக்ரான்-தடிமனான உருளை சிலிக்கான் தகடு இன்சுலேடிங் அடி மூலக்கூறில் வைக்கப்பட்டுள்ளது, உலோக "விரல்கள்" தட்டின் மேற்புறத்தில் உள்ள தொடர்பு உலோகத்திலிருந்து விரல்-முட்கரண்டி பாணியில் நீட்டிக்கப்படுகின்றன. முக்கியமாக, கட்டியான சிலிக்கான், ஃபோட்டான் பிடிப்புத் தளங்களாகச் செயல்படும் கால இடைவெளியில் அமைக்கப்பட்ட வட்டத் துளைகளால் நிரப்பப்படுகிறது. சாதனத்தின் ஒட்டுமொத்த அமைப்பு, சாதாரணமாகச் சம்பவிக்கும் ஒளியானது மேற்பரப்பைத் தாக்கும் போது கிட்டத்தட்ட 90° வரை வளைந்து, Si விமானத்தில் பக்கவாட்டாகப் பரவ அனுமதிக்கிறது. இந்த பக்கவாட்டு பரப்புதல் முறைகள் ஒளியின் பயணத்தின் நீளத்தை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் திறம்பட அதை மெதுவாக்குகின்றன, இது அதிக ஒளி-பொருள் தொடர்புகளுக்கு வழிவகுக்கும், இதனால் உறிஞ்சுதல் அதிகரிக்கிறது.
ஃபோட்டான் பிடிப்பு கட்டமைப்புகளின் விளைவுகளை நன்கு புரிந்துகொள்வதற்காக ஆப்டிகல் சிமுலேஷன்கள் மற்றும் தத்துவார்த்த பகுப்பாய்வுகளையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் மேற்கொண்டனர், மேலும் அவைகளுடன் மற்றும் இல்லாமல் ஃபோட்டோடெக்டர்களை ஒப்பிடும் பல சோதனைகளை நடத்தினர். ஃபோட்டான் பிடிப்பு என்ஐஆர் ஸ்பெக்ட்ரமில் பிராட்பேண்ட் உறிஞ்சுதல் செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்திற்கு வழிவகுத்தது, 86% உச்சத்துடன் 68% க்கு மேல் உள்ளது. அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு பட்டையில், ஃபோட்டான் பிடிப்பு ஃபோட்டோடெக்டரின் உறிஞ்சுதல் குணகம் சாதாரண சிலிக்கானை விட பல மடங்கு அதிகமாக உள்ளது, இது காலியம் ஆர்சனைடை விட அதிகமாக உள்ளது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட வடிவமைப்பு 1μm தடிமனான சிலிக்கான் தகடுகளுக்கானது என்றாலும், CMOS எலக்ட்ரானிக்ஸ் உடன் இணக்கமான 30 nm மற்றும் 100 nm சிலிக்கான் படங்களின் உருவகப்படுத்துதல்கள் இதேபோன்ற மேம்பட்ட செயல்திறனைக் காட்டுகின்றன.
ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த ஆய்வின் முடிவுகள், வளர்ந்து வரும் ஃபோட்டானிக்ஸ் பயன்பாடுகளில் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஃபோட்டோடெக்டர்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய உத்தியை நிரூபிக்கின்றன. மிக மெல்லிய சிலிக்கான் அடுக்குகளில் கூட அதிக உறிஞ்சுதலை அடைய முடியும், மேலும் சுற்றுகளின் ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவை குறைவாக வைத்திருக்க முடியும், இது அதிவேக அமைப்புகளில் முக்கியமானது. கூடுதலாக, முன்மொழியப்பட்ட முறை நவீன CMOS உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் இணக்கமானது, எனவே ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் பாரம்பரிய சுற்றுகளில் ஒருங்கிணைக்கப்படும் விதத்தில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. இது, மலிவு விலையில் அல்ட்ராஃபாஸ்ட் கணினி நெட்வொர்க்குகள் மற்றும் இமேஜிங் தொழில்நுட்பத்தில் கணிசமான முன்னேற்றங்களுக்கு வழி வகுக்கும்.