ತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ನ ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್
ಫೋಟಾನ್ ಕ್ಯಾಪ್ಚರ್ ರಚನೆಗಳನ್ನು ತೆಳುವಾದ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು
ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕಮ್ಯುನಿಕೇಷನ್ಸ್, ಲಿಡಾರ್ ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಮೆಡಿಕಲ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸೇರಿದಂತೆ ಅನೇಕ ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟೊನಿಕ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ವೇಗವಾಗಿ ಎಳೆತವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಭವಿಷ್ಯದ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಪರಿಹಾರಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ನ ವ್ಯಾಪಕ ಅಳವಡಿಕೆಯು ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು, ಇದು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಆ ಉದ್ದೇಶಕ್ಕಾಗಿ ಬಳಸುವ ಅರೆವಾಹಕದ ಪ್ರಕಾರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ.
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಅತ್ಯಂತ ಸರ್ವತ್ರ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಈ ವಸ್ತುವಿನ ಸುತ್ತ ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿವೆ. ದುರದೃಷ್ಟವಶಾತ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ನಂತಹ ಇತರ ಅರೆವಾಹಕಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹತ್ತಿರದ ಅತಿಗೆಂಪು (NIR) ವರ್ಣಪಟಲದಲ್ಲಿ Si ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಈ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ, GaA ಗಳು ಮತ್ತು ಸಂಬಂಧಿತ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳು ಫೋಟೊನಿಕ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಹೊಂದುತ್ತಿವೆ ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪೂರಕ ಮೆಟಲ್-ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (CMOS) ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಅವರ ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ತೀವ್ರ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು.
ಸಂಶೋಧಕರು ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ಅತಿಗೆಂಪು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ರೂಪಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ವೆಚ್ಚ ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು ಮತ್ತು UC ಡೇವಿಸ್ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸಲು ಹೊಸ ತಂತ್ರವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತಿದೆ. ಅಡ್ವಾನ್ಸ್ಡ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ನೆಕ್ಸಸ್‌ನಲ್ಲಿನ ಅವರ ಇತ್ತೀಚಿನ ಪೇಪರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಅವರು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಪ್ರದರ್ಶನವನ್ನು ಬೆಳಕಿನ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೊ-ಮೇಲ್ಮೈ ರಚನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು, GaAs ಮತ್ತು ಇತರ III-V ಗುಂಪಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್‌ಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದ ಅಭೂತಪೂರ್ವ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದರು. . ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಮೈಕ್ರಾನ್-ದಪ್ಪ ಸಿಲಿಂಡರಾಕಾರದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ಲೇಟ್ ಅನ್ನು ಇನ್ಸುಲೇಟಿಂಗ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಲೋಹದ "ಬೆರಳುಗಳು" ಪ್ಲೇಟ್‌ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿರುವ ಸಂಪರ್ಕ ಲೋಹದಿಂದ ಬೆರಳು-ಫೋರ್ಕ್ ಶೈಲಿಯಲ್ಲಿ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ. ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ಮುದ್ದೆಯಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟಾನ್ ಕ್ಯಾಪ್ಚರ್ ಸೈಟ್‌ಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಆವರ್ತಕ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸಲಾದ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ರಂಧ್ರಗಳಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತದೆ. ಸಾಧನದ ಒಟ್ಟಾರೆ ರಚನೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಘಟನೆಯ ಬೆಳಕನ್ನು ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಹೊಡೆದಾಗ ಸುಮಾರು 90 ° ರಷ್ಟು ಬಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು Si ಸಮತಲದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಪಾರ್ಶ್ವವಾಗಿ ಹರಡಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಈ ಲ್ಯಾಟರಲ್ ಪ್ರಸರಣ ವಿಧಾನಗಳು ಬೆಳಕಿನ ಪ್ರಯಾಣದ ಉದ್ದವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಧಾನಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಬೆಳಕು-ದ್ರವ್ಯದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಸಂಶೋಧಕರು ಫೋಟಾನ್ ಕ್ಯಾಪ್ಚರ್ ರಚನೆಗಳ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು ಮತ್ತು ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಜೊತೆಗೆ ಮತ್ತು ಇಲ್ಲದೆ ಹೋಲಿಸುವ ಹಲವಾರು ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದರು. ಫೋಟಾನ್ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವಿಕೆಯು NIR ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್‌ನಲ್ಲಿ ಬ್ರಾಡ್‌ಬ್ಯಾಂಡ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ದಕ್ಷತೆಯಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಸುಧಾರಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು ಎಂದು ಅವರು ಕಂಡುಕೊಂಡರು, 86% ನಷ್ಟು ಗರಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟದೊಂದಿಗೆ 68% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದೆ. ಸಮೀಪದ ಅತಿಗೆಂಪು ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಫೋಟಾನ್ ಕ್ಯಾಪ್ಚರ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕವು ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗಿಂತ ಹಲವಾರು ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಇದು ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಅನ್ನು ಮೀರಿದೆ ಎಂದು ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಅಂಶವಾಗಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ವಿನ್ಯಾಸವು 1μm ದಪ್ಪದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳಿಗೆ ಹೊಂದಿದ್ದರೂ, CMOS ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವ 30 nm ಮತ್ತು 100 nm ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ವರ್ಧಿತ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ.
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, ಈ ಅಧ್ಯಯನದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುವ ಭರವಸೆಯ ತಂತ್ರವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಅಲ್ಟ್ರಾ-ತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪದರಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಸಹ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನ ಪರಾವಲಂಬಿ ಧಾರಣವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಇರಿಸಬಹುದು, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ವಿಧಾನವು ಆಧುನಿಕ CMOS ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದು ಪ್ರತಿಯಾಗಿ, ಕೈಗೆಟುಕುವ ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ನೆಟ್‌ವರ್ಕ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಗಣನೀಯ ಏರಿಕೆಗೆ ದಾರಿ ಮಾಡಿಕೊಡಬಹುದು.