ਪਤਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦੀ ਨਵੀਂ ਤਕਨੀਕ

ਦੀ ਨਵੀਂ ਤਕਨੀਕਪਤਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
ਫੋਟੌਨ ਕੈਪਚਰ ਬਣਤਰਾਂ ਨੂੰ ਪਤਲੇ ਵਿੱਚ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
ਫੋਟੋਨਿਕ ਸਿਸਟਮ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਉੱਭਰ ਰਹੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਟ੍ਰੈਕਸ਼ਨ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਰਹੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਸੰਚਾਰ, liDAR ਸੈਂਸਿੰਗ, ਅਤੇ ਮੈਡੀਕਲ ਇਮੇਜਿੰਗ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਹੱਲਾਂ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਦੀ ਵਿਆਪਕ ਗੋਦ ਨਿਰਮਾਣ ਦੀ ਲਾਗਤ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੀ ਹੈਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰ, ਜੋ ਬਦਲੇ ਵਿੱਚ ਉਸ ਉਦੇਸ਼ ਲਈ ਵਰਤੇ ਗਏ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਦੀ ਕਿਸਮ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।
ਰਵਾਇਤੀ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਸਿਲੀਕਾਨ (Si) ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਉਦਯੋਗ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਸਰਵ ਵਿਆਪਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਰਿਹਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਕਿ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਉਦਯੋਗ ਇਸ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਆਲੇ-ਦੁਆਲੇ ਪਰਿਪੱਕ ਹੋ ਗਏ ਹਨ। ਬਦਕਿਸਮਤੀ ਨਾਲ, ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੇਨਾਈਡ (GaAs) ਵਰਗੇ ਹੋਰ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਨੇੜੇ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ (NIR) ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿੱਚ Si ਕੋਲ ਇੱਕ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਕਮਜ਼ੋਰ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸਮਾਈ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਕਾਰਨ, GaAs ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਮਿਸ਼ਰਤ ਫੋਟੌਨਿਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਵਧ ਰਹੇ ਹਨ ਪਰ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀਆਂ ਜਾਂਦੀਆਂ ਰਵਾਇਤੀ ਪੂਰਕ ਮੈਟਲ-ਆਕਸਾਈਡ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ (CMOS) ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹਨ। ਇਸ ਨਾਲ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਨਿਰਮਾਣ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਵਾਧਾ ਹੋਇਆ।
ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਨਜ਼ਦੀਕੀ-ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਸਮਾਈ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਦਾ ਇੱਕ ਤਰੀਕਾ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਾਲੇ ਫੋਟੋਨਿਕ ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਆ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇੱਕ UC ਡੇਵਿਸ ਖੋਜ ਟੀਮ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਤਲੀਆਂ ਫਿਲਮਾਂ ਵਿੱਚ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸਮਾਈ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਰਣਨੀਤੀ ਦੀ ਅਗਵਾਈ ਕਰ ਰਹੀ ਹੈ। ਐਡਵਾਂਸਡ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਨੈਕਸਸ 'ਤੇ ਆਪਣੇ ਨਵੀਨਤਮ ਪੇਪਰ ਵਿੱਚ, ਉਹ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਲਾਈਟ-ਕੈਪਚਰਿੰਗ ਮਾਈਕ੍ਰੋ - ਅਤੇ ਨੈਨੋ-ਸਤਹੀ ਢਾਂਚੇ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦਾ ਇੱਕ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜੋ GaAs ਅਤੇ ਹੋਰ III-V ਸਮੂਹ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਬੇਮਿਸਾਲ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਸੁਧਾਰਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। . ਫੋਟੋਡਿਟੇਕਟਰ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮਾਈਕ੍ਰੋਨ-ਮੋਟੀ ਬੇਲਨਾਕਾਰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਲੇਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕ ਇੰਸੂਲੇਟਿੰਗ ਸਬਸਟਰੇਟ ਉੱਤੇ ਰੱਖੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਧਾਤ ਦੀਆਂ "ਉਂਗਲਾਂ" ਪਲੇਟ ਦੇ ਸਿਖਰ 'ਤੇ ਸੰਪਰਕ ਧਾਤ ਤੋਂ ਫਿੰਗਰ-ਕਾਂਟੇ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਫੈਲੀਆਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਲੰਮੀ ਸਿਲੀਕੋਨ ਇੱਕ ਆਵਰਤੀ ਪੈਟਰਨ ਵਿੱਚ ਵਿਵਸਥਿਤ ਗੋਲਾਕਾਰ ਛੇਕਾਂ ਨਾਲ ਭਰਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਸਾਈਟਾਂ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਯੰਤਰ ਦੀ ਸਮੁੱਚੀ ਬਣਤਰ ਸਤ੍ਹਾ ਨਾਲ ਟਕਰਾਉਣ 'ਤੇ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘਟਨਾ ਵਾਲੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਨੂੰ ਲਗਭਗ 90° ਤੱਕ ਝੁਕਣ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਾਉਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ Si ਪਲੇਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਲੇਟਰਲ ਪ੍ਰਸਾਰਣ ਮੋਡ ਰੋਸ਼ਨੀ ਦੀ ਯਾਤਰਾ ਦੀ ਲੰਬਾਈ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇਸ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਹੌਲੀ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਵਧੇਰੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼-ਪੱਤਰ ਪਰਸਪਰ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਮਾਈ ਵਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਬਣਤਰਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਢੰਗ ਨਾਲ ਸਮਝਣ ਲਈ ਆਪਟੀਕਲ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਅਤੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਵੀ ਕੀਤੇ, ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਅਤੇ ਬਿਨਾਂ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਕਈ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ। ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਪਾਇਆ ਕਿ ਫੋਟੌਨ ਕੈਪਚਰ ਨੇ NIR ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿੱਚ ਬ੍ਰੌਡਬੈਂਡ ਸਮਾਈ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਲਿਆਇਆ, 86% ਦੀ ਸਿਖਰ ਦੇ ਨਾਲ 68% ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਰਿਹਾ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਦੇਣ ਯੋਗ ਹੈ ਕਿ ਨਜ਼ਦੀਕੀ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ, ਫੋਟੌਨ ਕੈਪਚਰ ਫੋਟੋਡਿਟੇਕਟਰ ਦਾ ਸਮਾਈ ਗੁਣਾਂਕ ਸਾਧਾਰਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਨਾਲੋਂ ਕਈ ਗੁਣਾ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਡਿਜ਼ਾਈਨ 1μm ਮੋਟੀਆਂ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਲੇਟਾਂ ਲਈ ਹੈ, CMOS ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ 30 nm ਅਤੇ 100 nm ਸਿਲੀਕਾਨ ਫਿਲਮਾਂ ਦੇ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਸਮਾਨ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਇਸ ਅਧਿਐਨ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਉਭਰ ਰਹੇ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਰਣਨੀਤੀ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਅਤਿ-ਪਤਲੀ ਸਿਲੀਕਾਨ ਲੇਅਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੀ ਉੱਚ ਸਮਾਈ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਰਕਟ ਦੀ ਪਰਜੀਵੀ ਸਮਰੱਥਾ ਨੂੰ ਘੱਟ ਰੱਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਉੱਚ-ਸਪੀਡ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਵਿਧੀ ਆਧੁਨਿਕ CMOS ਨਿਰਮਾਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਲਈ ਓਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਨੂੰ ਰਵਾਇਤੀ ਸਰਕਟਾਂ ਵਿੱਚ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੇ ਤਰੀਕੇ ਵਿੱਚ ਕ੍ਰਾਂਤੀ ਲਿਆਉਣ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਹੈ। ਇਹ, ਬਦਲੇ ਵਿੱਚ, ਕਿਫਾਇਤੀ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਕੰਪਿਊਟਰ ਨੈਟਵਰਕ ਅਤੇ ਇਮੇਜਿੰਗ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਛਲਾਂਗ ਲਈ ਰਾਹ ਪੱਧਰਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।