നേർത്ത സിലിക്കൺ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യ

യുടെ പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യനേർത്ത സിലിക്കൺ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ
നേരിയ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാൻ ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഘടനകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുസിലിക്കൺ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടറുകൾ
ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, ലിഡാർ സെൻസിംഗ്, മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഉയർന്നുവരുന്ന നിരവധി ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഫോട്ടോണിക് സിസ്റ്റങ്ങൾ അതിവേഗം ട്രാക്ഷൻ നേടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഭാവിയിലെ എഞ്ചിനീയറിംഗ് സൊല്യൂഷനുകളിൽ ഫോട്ടോണിക്സിൻ്റെ വ്യാപകമായ ദത്തെടുക്കൽ നിർമ്മാണ ചെലവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ, അതാകട്ടെ ആ ആവശ്യത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
പരമ്പരാഗതമായി, സിലിക്കൺ (Si) ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായത്തിലെ ഏറ്റവും സർവ്വവ്യാപിയായ അർദ്ധചാലകമാണ്, അതിനാൽ മിക്ക വ്യവസായങ്ങളും ഈ മെറ്റീരിയലിന് ചുറ്റും പക്വത പ്രാപിച്ചു. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs) പോലുള്ള മറ്റ് അർദ്ധചാലകങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് (NIR) സ്പെക്ട്രത്തിൽ Si യ്ക്ക് താരതമ്യേന ദുർബലമായ പ്രകാശ ആഗിരണം ഗുണകമുണ്ട്. ഇക്കാരണത്താൽ, GaA-കളും അനുബന്ധ അലോയ്കളും ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു, എന്നാൽ മിക്ക ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉൽപ്പാദനത്തിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന പരമ്പരാഗത കോംപ്ലിമെൻ്ററി മെറ്റൽ-ഓക്സൈഡ് അർദ്ധചാലക (CMOS) പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നില്ല. ഇത് അവയുടെ നിർമ്മാണച്ചെലവിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമായി.
സിലിക്കണിലെ ഇൻഫ്രാറെഡ് ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗം ഗവേഷകർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഇടയാക്കും, കൂടാതെ ഒരു യുസി ഡേവിസ് ഗവേഷണ സംഘം സിലിക്കൺ നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ തന്ത്രത്തിന് തുടക്കമിടുന്നു. അഡ്വാൻസ്ഡ് ഫോട്ടോണിക്‌സ് നെക്‌സസിലെ അവരുടെ ഏറ്റവും പുതിയ പേപ്പറിൽ, അവർ ആദ്യമായി സിലിക്കൺ അധിഷ്‌ഠിത ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌ടറിൻ്റെ ലൈറ്റ് ക്യാപ്‌ചറിംഗ് മൈക്രോ-നാനോ-ഉപരിതല ഘടനകളുള്ള ഒരു പരീക്ഷണാത്മക പ്രദർശനം, GaAs, മറ്റ് III-V ഗ്രൂപ്പ് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന അഭൂതപൂർവമായ പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ കൈവരിക്കുന്നു. . ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന മൈക്രോൺ കട്ടിയുള്ള സിലിണ്ടർ സിലിക്കൺ പ്ലേറ്റ്, പ്ലേറ്റിൻ്റെ മുകൾഭാഗത്തുള്ള കോൺടാക്റ്റ് ലോഹത്തിൽ നിന്ന് വിരൽ-നാൽക്കവല രൂപത്തിൽ ലോഹ "വിരലുകൾ" നീട്ടുന്നതാണ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌ടറിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നത്. പ്രധാനമായും, ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ സൈറ്റുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ആനുകാലിക പാറ്റേണിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്ന വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ദ്വാരങ്ങളാൽ ലമ്പി സിലിക്കൺ നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ഉപകരണത്തിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഘടന ഉപരിതലത്തിൽ പതിക്കുമ്പോൾ സാധാരണയായി സംഭവിക്കുന്ന പ്രകാശത്തെ ഏകദേശം 90° വളയാൻ ഇടയാക്കുന്നു, ഇത് Si വിമാനത്തിലുടനീളം പാർശ്വസ്ഥമായി പ്രചരിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ ലാറ്ററൽ പ്രൊപ്പഗേഷൻ മോഡുകൾ പ്രകാശത്തിൻ്റെ യാത്രയുടെ ദൈർഘ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഫലപ്രദമായി അതിനെ മന്ദഗതിയിലാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ പ്രകാശ-ദ്രവ്യ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുകയും അങ്ങനെ ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഘടനകളുടെ ഫലങ്ങൾ നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ ഗവേഷകർ ഒപ്റ്റിക്കൽ സിമുലേഷനുകളും സൈദ്ധാന്തിക വിശകലനങ്ങളും നടത്തി, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളെ അവയുമായും അല്ലാതെയും താരതമ്യം ചെയ്തുകൊണ്ട് നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ NIR സ്പെക്‌ട്രത്തിലെ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആഗിരണം കാര്യക്ഷമതയിൽ കാര്യമായ പുരോഗതി വരുത്തി, 68% ന് മുകളിൽ 86% ഉയർന്ന് നിൽക്കുന്നതായി അവർ കണ്ടെത്തി. സമീപത്തെ ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിൽ, ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറിൻ്റെ ആഗിരണം ഗുണകം സാധാരണ സിലിക്കണേക്കാൾ പലമടങ്ങ് കൂടുതലാണ്, ഗാലിയം ആർസെനൈഡിനേക്കാൾ കൂടുതലാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട ഡിസൈൻ 1μm കട്ടിയുള്ള സിലിക്കൺ പ്ലേറ്റുകളാണെങ്കിലും, CMOS ഇലക്ട്രോണിക്സുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന 30 nm, 100 nm സിലിക്കൺ ഫിലിമുകളുടെ സിമുലേഷനുകൾ സമാനമായ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു.
മൊത്തത്തിൽ, ഈ പഠനത്തിൻ്റെ ഫലങ്ങൾ ഉയർന്നുവരുന്ന ഫോട്ടോണിക്സ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു നല്ല തന്ത്രം പ്രകടമാക്കുന്നു. അൾട്രാ-നേർത്ത സിലിക്കൺ പാളികളിൽ പോലും ഉയർന്ന ആഗിരണം നേടാനാകും, കൂടാതെ സർക്യൂട്ടിൻ്റെ പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് കുറവായി നിലനിർത്താൻ കഴിയും, ഇത് അതിവേഗ സംവിധാനങ്ങളിൽ നിർണായകമാണ്. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട രീതി ആധുനിക CMOS നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ പരമ്പരാഗത സർക്യൂട്ടുകളിലേക്ക് ഒപ്റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് സംയോജിപ്പിക്കുന്ന രീതിയിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട്. ഇത്, താങ്ങാനാവുന്ന അൾട്രാഫാസ്റ്റ് കമ്പ്യൂട്ടർ നെറ്റ്‌വർക്കുകളിലും ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയിലും ഗണ്യമായ കുതിച്ചുചാട്ടത്തിന് വഴിയൊരുക്കും.