ਪਤਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦੀ ਨਵੀਂ ਤਕਨੀਕ

ਨਵੀਂ ਤਕਨਾਲੋਜੀਪਤਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਪਤਲੇ ਰੰਗ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
ਫੋਟੋਨਿਕ ਸਿਸਟਮ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਉੱਭਰ ਰਹੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਖਿੱਚ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਰਹੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਸੰਚਾਰ, liDAR ਸੈਂਸਿੰਗ, ਅਤੇ ਮੈਡੀਕਲ ਇਮੇਜਿੰਗ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਹੱਲਾਂ ਵਿੱਚ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਨੂੰ ਵਿਆਪਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਅਪਣਾਉਣ ਨਾਲ ਨਿਰਮਾਣ ਦੀ ਲਾਗਤ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰ, ਜੋ ਕਿ ਬਦਲੇ ਵਿੱਚ ਉਸ ਉਦੇਸ਼ ਲਈ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਦੀ ਕਿਸਮ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।
ਰਵਾਇਤੀ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਸਿਲੀਕਾਨ (Si) ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਉਦਯੋਗ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਿਆਪਕ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਰਿਹਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਉਦਯੋਗ ਇਸ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਆਲੇ-ਦੁਆਲੇ ਪਰਿਪੱਕ ਹੋ ਗਏ ਹਨ। ਬਦਕਿਸਮਤੀ ਨਾਲ, ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ (GaAs) ਵਰਗੇ ਹੋਰ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਨੇੜੇ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ (NIR) ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿੱਚ Si ਦਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਗੁਣਾਂਕ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਕਮਜ਼ੋਰ ਹੈ। ਇਸ ਕਾਰਨ, GaAs ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਮਿਸ਼ਰਤ ਧਾਤ ਫੋਟੋਨਿਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਫੁੱਲਤ ਹੋ ਰਹੇ ਹਨ ਪਰ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀਆਂ ਜਾਣ ਵਾਲੀਆਂ ਰਵਾਇਤੀ ਪੂਰਕ ਧਾਤ-ਆਕਸਾਈਡ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ (CMOS) ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹਨ। ਇਸ ਨਾਲ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਨਿਰਮਾਣ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਵਾਧਾ ਹੋਇਆ।
ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਨੇੜੇ-ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਬਹੁਤ 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 ਰੌਸ਼ਨੀ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਰਣਨੀਤੀ ਦੀ ਅਗਵਾਈ ਕਰ ਰਹੀ ਹੈ। ਐਡਵਾਂਸਡ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਨੇਕਸਸ ਵਿਖੇ ਆਪਣੇ ਨਵੀਨਤਮ ਪੇਪਰ ਵਿੱਚ, ਉਹ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਇੱਕ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਤ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦਾ ਇੱਕ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਕਾਸ਼-ਕੈਪਚਰ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋ - ਅਤੇ ਨੈਨੋ-ਸਰਫੇਸ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ GaAs ਅਤੇ ਹੋਰ III-V ਸਮੂਹ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਬੇਮਿਸਾਲ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਸੁਧਾਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮਾਈਕ੍ਰੋਨ-ਮੋਟੀ ਸਿਲੰਡਰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਲੇਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕ ਇੰਸੂਲੇਟਿੰਗ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਰੱਖੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਧਾਤ ਦੀਆਂ "ਉਂਗਲਾਂ" ਪਲੇਟ ਦੇ ਸਿਖਰ 'ਤੇ ਸੰਪਰਕ ਧਾਤ ਤੋਂ ਇੱਕ ਉਂਗਲੀ-ਕਾਂਟੇ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਫੈਲਦੀਆਂ ਹਨ। ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਗੰਢ ਵਾਲਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਇੱਕ ਆਵਰਤੀ ਪੈਟਰਨ ਵਿੱਚ ਵਿਵਸਥਿਤ ਗੋਲਾਕਾਰ ਛੇਕਾਂ ਨਾਲ ਭਰਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਸਾਈਟਾਂ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਸਮੁੱਚੀ ਬਣਤਰ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘਟਨਾ ਵਾਲੀ ਰੌਸ਼ਨੀ ਨੂੰ ਲਗਭਗ 90° ਤੱਕ ਮੋੜ ਦਿੰਦੀ ਹੈ ਜਦੋਂ ਇਹ ਸਤ੍ਹਾ ਨਾਲ ਟਕਰਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ Si ਪਲੇਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਪਾਸੇ ਵੱਲ ਫੈਲ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਲੇਟਰਲ ਪ੍ਰਸਾਰ ਮੋਡ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀ ਯਾਤਰਾ ਦੀ ਲੰਬਾਈ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਹੌਲੀ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਪ੍ਰਕਾਸ਼-ਪਦਾਰਥ ਦੇ ਆਪਸੀ ਤਾਲਮੇਲ ਵਧਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਮਾਈ ਵਧਦੀ ਹੈ।
ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਸਟ੍ਰਕਚਰ 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 ਲਈ ਕਈ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਪਾਇਆ ਕਿ ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਨੇ NIR ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿੱਚ ਬ੍ਰੌਡਬੈਂਡ ਸੋਖਣ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ, ਜੋ ਕਿ 86% ਦੀ ਸਿਖਰ ਦੇ ਨਾਲ 68% ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਰਿਹਾ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਦੇਣ ਯੋਗ ਹੈ ਕਿ ਨੇੜਲੇ ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਬੈਂਡ ਵਿੱਚ, ਫੋਟੋਨ ਕੈਪਚਰ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦਾ ਸੋਖਣ ਗੁਣਾਂਕ ਆਮ ਸਿਲੀਕਾਨ ਨਾਲੋਂ ਕਈ ਗੁਣਾ ਵੱਧ ਹੈ, ਜੋ ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਡਿਜ਼ਾਈਨ 1μm ਮੋਟੀ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਲੇਟਾਂ ਲਈ ਹੈ, CMOS ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ 30 nm ਅਤੇ 100 nm ਸਿਲੀਕਾਨ ਫਿਲਮਾਂ ਦੇ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਸਮਾਨ ਵਧੇ ਹੋਏ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਇਸ ਅਧਿਐਨ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਉੱਭਰ ਰਹੇ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਵਾਅਦਾ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਰਣਨੀਤੀ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਅਤਿ-ਪਤਲੀਆਂ ਸਿਲੀਕਾਨ ਪਰਤਾਂ ਵਿੱਚ ਵੀ ਉੱਚ ਸਮਾਈ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਰਕਟ ਦੀ ਪਰਜੀਵੀ ਸਮਰੱਥਾ ਨੂੰ ਘੱਟ ਰੱਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਹਾਈ-ਸਪੀਡ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਵਿਧੀ ਆਧੁਨਿਕ CMOS ਨਿਰਮਾਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸ ਲਈ ਰਵਾਇਤੀ ਸਰਕਟਾਂ ਵਿੱਚ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੇ ਤਰੀਕੇ ਵਿੱਚ ਕ੍ਰਾਂਤੀ ਲਿਆਉਣ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਰੱਖਦੀ ਹੈ। ਇਹ, ਬਦਲੇ ਵਿੱਚ, ਕਿਫਾਇਤੀ ਅਲਟਰਾਫਾਸਟ ਕੰਪਿਊਟਰ ਨੈੱਟਵਰਕਾਂ ਅਤੇ ਇਮੇਜਿੰਗ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਛਾਲ ਮਾਰਨ ਦਾ ਰਾਹ ਪੱਧਰਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।