ತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್
ತೆಳುವಾದ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಫೋಟಾನ್ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು
ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನ, ಲಿಡಾರ್ ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ ಮತ್ತು ವೈದ್ಯಕೀಯ ಚಿತ್ರಣ ಸೇರಿದಂತೆ ಅನೇಕ ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟೊನಿಕ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ವೇಗವಾಗಿ ಆಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಭವಿಷ್ಯದ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಪರಿಹಾರಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನ ವ್ಯಾಪಕ ಅಳವಡಿಕೆಯು ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು, ಇದು ಆ ಉದ್ದೇಶಕ್ಕಾಗಿ ಬಳಸುವ ಅರೆವಾಹಕದ ಪ್ರಕಾರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಸರ್ವತ್ರ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಈ ವಸ್ತುವಿನ ಸುತ್ತಲೂ ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿವೆ. ದುರದೃಷ್ಟವಶಾತ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ನಂತಹ ಇತರ ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ Si ಹತ್ತಿರದ ಅತಿಗೆಂಪು (NIR) ವರ್ಣಪಟಲದಲ್ಲಿ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಈ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ, GaAs ಮತ್ತು ಸಂಬಂಧಿತ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳು ಫೋಟೊನಿಕ್ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಹೊಂದುತ್ತಿವೆ ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪೂರಕ ಲೋಹದ-ಆಕ್ಸೈಡ್ ಅರೆವಾಹಕ (CMOS) ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಅವುಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ತೀವ್ರ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು.
ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ನಿಯರ್-ಇನ್‌ಫ್ರಾರೆಡ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಒಂದು ಮಾರ್ಗವನ್ನು ರೂಪಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ವೆಚ್ಚ ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು ಮತ್ತು UC ಡೇವಿಸ್ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸಲು ಹೊಸ ತಂತ್ರವನ್ನು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತಿದೆ. ಅಡ್ವಾನ್ಸ್ಡ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ನೆಕ್ಸಸ್‌ನಲ್ಲಿನ ಅವರ ಇತ್ತೀಚಿನ ಪ್ರಬಂಧದಲ್ಲಿ, ಅವರು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಬೆಳಕನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೊ-ಮೇಲ್ಮೈ ರಚನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಪ್ರದರ್ಶನವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತಾರೆ, GaAs ಮತ್ತು ಇತರ III-V ಗುಂಪಿನ ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದ ಅಭೂತಪೂರ್ವ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತಾರೆ. ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಒಂದು ನಿರೋಧಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಇರಿಸಲಾದ ಮೈಕ್ರಾನ್-ದಪ್ಪದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ಲೇಟ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ, ಲೋಹದ "ಬೆರಳುಗಳು" ಪ್ಲೇಟ್‌ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿರುವ ಸಂಪರ್ಕ ಲೋಹದಿಂದ ಬೆರಳು-ಫೋರ್ಕ್ ಶೈಲಿಯಲ್ಲಿ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ. ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ಮುದ್ದೆಯಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟಾನ್ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ತಾಣಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಆವರ್ತಕ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ರಂಧ್ರಗಳಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತದೆ. ಸಾಧನದ ಒಟ್ಟಾರೆ ರಚನೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬೀಳುವ ಬೆಳಕನ್ನು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಬಡಿದಾಗ ಸುಮಾರು 90° ರಷ್ಟು ಬಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು Si ಸಮತಲದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಪಾರ್ಶ್ವವಾಗಿ ಹರಡಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಈ ಪಾರ್ಶ್ವ ಪ್ರಸರಣ ವಿಧಾನಗಳು ಬೆಳಕಿನ ಪ್ರಯಾಣದ ಉದ್ದವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಧಾನಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಬೆಳಕಿನ-ದ್ರವ್ಯದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಫೋಟಾನ್ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ರಚನೆಗಳ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು ಮತ್ತು ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಅವುಗಳೊಂದಿಗೆ ಮತ್ತು ಇಲ್ಲದೆ ಹೋಲಿಸುವ ಹಲವಾರು ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು. ಫೋಟಾನ್ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವಿಕೆಯು NIR ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್‌ನಲ್ಲಿ ಬ್ರಾಡ್‌ಬ್ಯಾಂಡ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ದಕ್ಷತೆಯಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಸುಧಾರಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು, 86% ಗರಿಷ್ಠದೊಂದಿಗೆ 68% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಉಳಿದಿದೆ ಎಂದು ಅವರು ಕಂಡುಕೊಂಡರು. ಹತ್ತಿರದ ಅತಿಗೆಂಪು ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಫೋಟಾನ್ ಕ್ಯಾಪ್ಚರ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕವು ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗಿಂತ ಹಲವಾರು ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಇದು ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಅನ್ನು ಮೀರಿದೆ ಎಂಬುದು ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಸಂಗತಿ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ವಿನ್ಯಾಸವು 1μm ದಪ್ಪ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳಿಗೆ ಇದ್ದರೂ, CMOS ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವ 30 nm ಮತ್ತು 100 nm ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳು ಇದೇ ರೀತಿಯ ವರ್ಧಿತ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ.
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, ಈ ಅಧ್ಯಯನದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಭರವಸೆಯ ತಂತ್ರವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಅತಿ ತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪದರಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಸಹ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನ ಪರಾವಲಂಬಿ ಧಾರಣವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಇಡಬಹುದು, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ವಿಧಾನವು ಆಧುನಿಕ CMOS ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿಗೊಳಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದು ಪ್ರತಿಯಾಗಿ, ಕೈಗೆಟುಕುವ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ನೆಟ್‌ವರ್ಕ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಗಣನೀಯ ಜಿಗಿತಗಳಿಗೆ ದಾರಿ ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.