നേർത്ത സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യ

പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യനേർത്ത സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
നേർത്ത ചിതകളിൽ പ്രകാശ ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഘടനകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ
ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, ലിഡാർ സെൻസിംഗ്, മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി ഉയർന്നുവരുന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഫോട്ടോണിക് സിസ്റ്റങ്ങൾ അതിവേഗം സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഭാവിയിലെ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പരിഹാരങ്ങളിൽ ഫോട്ടോണിക്‌സിന്റെ വ്യാപകമായ സ്വീകാര്യത നിർമ്മാണച്ചെലവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ, അത് ആ ആവശ്യത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അർദ്ധചാലകത്തിന്റെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
പരമ്പരാഗതമായി, ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായത്തിൽ ഏറ്റവും വ്യാപകമായി കാണപ്പെടുന്ന അർദ്ധചാലകമാണ് സിലിക്കൺ (Si), അതിനാൽ മിക്ക വ്യവസായങ്ങളും ഈ വസ്തുവിനെ ചുറ്റിപ്പറ്റിയാണ് വളർന്നത്. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs) പോലുള്ള മറ്റ് അർദ്ധചാലകങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് (NIR) സ്പെക്ട്രത്തിൽ Si-ക്ക് താരതമ്യേന ദുർബലമായ പ്രകാശ ആഗിരണം ഗുണകം ഉണ്ട്. ഇക്കാരണത്താൽ, GaA-കളും അനുബന്ധ അലോയ്കളും ഫോട്ടോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ അഭിവൃദ്ധി പ്രാപിക്കുന്നു, പക്ഷേ മിക്ക ഇലക്ട്രോണിക്സിന്റെയും നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പരമ്പരാഗത പൂരക ലോഹ-ഓക്സൈഡ് അർദ്ധചാലക (CMOS) പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നില്ല. ഇത് അവയുടെ നിർമ്മാണ ചെലവിൽ കുത്തനെ വർദ്ധനവിന് കാരണമായി.
സിലിക്കണിലെ നിയർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് ആഗിരണം വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗം ഗവേഷകർ കണ്ടുപിടിച്ചിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് കാരണമാകും, കൂടാതെ സിലിക്കൺ നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ പ്രകാശ ആഗിരണം വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ തന്ത്രത്തിന് യുസി ഡേവിസ് ഗവേഷണ സംഘം തുടക്കമിടുന്നു. അഡ്വാൻസ്ഡ് ഫോട്ടോണിക്സ് നെക്സസിലെ അവരുടെ ഏറ്റവും പുതിയ പ്രബന്ധത്തിൽ, പ്രകാശം പിടിച്ചെടുക്കുന്ന മൈക്രോ - നാനോ-സർഫേസ് ഘടനകളുള്ള ഒരു സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ പരീക്ഷണാത്മക പ്രദർശനം അവർ ആദ്യമായി പ്രദർശിപ്പിച്ചു, GaAs ഉം മറ്റ് III-V ഗ്രൂപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറുകളും പോലെ അഭൂതപൂർവമായ പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ കൈവരിക്കുന്നു. ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിൽ ഒരു ഇൻസുലേറ്റിംഗ് അടിവസ്ത്രത്തിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു മൈക്രോൺ-കട്ടിയുള്ള സിലിണ്ടർ സിലിക്കൺ പ്ലേറ്റ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, പ്ലേറ്റിന്റെ മുകളിലുള്ള കോൺടാക്റ്റ് ലോഹത്തിൽ നിന്ന് ഫിംഗർ-ഫോർക്ക് രീതിയിൽ ലോഹ "വിരലുകൾ" നീളുന്നു. പ്രധാനമായും, കട്ടിയായ സിലിക്കൺ ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ സൈറ്റുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ആനുകാലിക പാറ്റേണിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്ന വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ദ്വാരങ്ങളാൽ നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ഉപകരണത്തിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഘടന സാധാരണയായി സംഭവിക്കുന്ന പ്രകാശം ഉപരിതലത്തിൽ എത്തുമ്പോൾ ഏകദേശം 90° വളയാൻ കാരണമാകുന്നു, ഇത് Si തലത്തിൽ ലാറ്ററലായി പ്രചരിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ ലാറ്ററൽ പ്രൊപ്പഗേഷൻ മോഡുകൾ പ്രകാശത്തിന്റെ യാത്രയുടെ ദൈർഘ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഫലപ്രദമായി മന്ദഗതിയിലാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ പ്രകാശ-ദ്രവ്യ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, അതുവഴി ആഗിരണം വർദ്ധിക്കുന്നു.
ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഘടനകളുടെ ഫലങ്ങൾ നന്നായി മനസ്സിലാക്കുന്നതിനായി ഗവേഷകർ ഒപ്റ്റിക്കൽ സിമുലേഷനുകളും സൈദ്ധാന്തിക വിശകലനങ്ങളും നടത്തി, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളെ അവയുമായും അല്ലാതെയും താരതമ്യം ചെയ്തുകൊണ്ട് നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ NIR സ്പെക്ട്രത്തിലെ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആഗിരണം കാര്യക്ഷമതയിൽ ഗണ്യമായ പുരോഗതിയിലേക്ക് നയിച്ചുവെന്നും, 86% എന്ന കൊടുമുടിയോടെ 68% ന് മുകളിൽ തുടരുമെന്നും അവർ കണ്ടെത്തി. നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിൽ, ഫോട്ടോൺ ക്യാപ്‌ചർ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ആഗിരണം ഗുണകം സാധാരണ സിലിക്കണിനേക്കാൾ നിരവധി മടങ്ങ് കൂടുതലാണെന്നും ഗാലിയം ആർസെനൈഡിനേക്കാൾ കൂടുതലാണെന്നും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട രൂപകൽപ്പന 1μm കട്ടിയുള്ള സിലിക്കൺ പ്ലേറ്റുകൾക്കുള്ളതാണെങ്കിലും, CMOS ഇലക്ട്രോണിക്സുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന 30 nm, 100 nm സിലിക്കൺ ഫിലിമുകളുടെ സിമുലേഷനുകൾ സമാനമായ മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു.
മൊത്തത്തിൽ, ഈ പഠനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ ഉയർന്നുവരുന്ന ഫോട്ടോണിക്സ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു വാഗ്ദാന തന്ത്രം പ്രകടമാക്കുന്നു. വളരെ നേർത്ത സിലിക്കൺ പാളികളിൽ പോലും ഉയർന്ന ആഗിരണം നേടാൻ കഴിയും, കൂടാതെ സർക്യൂട്ടിന്റെ പരാദ ശേഷി കുറയ്ക്കാനും കഴിയും, ഇത് അതിവേഗ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ നിർണായകമാണ്. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട രീതി ആധുനിക CMOS നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ പരമ്പരാഗത സർക്യൂട്ടുകളിൽ ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക്സ് സംയോജിപ്പിക്കുന്ന രീതിയിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കാൻ ഇതിന് കഴിവുണ്ട്. ഇത് താങ്ങാനാവുന്ന അൾട്രാഫാസ്റ്റ് കമ്പ്യൂട്ടർ നെറ്റ്‌വർക്കുകളിലും ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയിലും ഗണ്യമായ കുതിച്ചുചാട്ടത്തിന് വഴിയൊരുക്കും.