Teknolojia mpya yadetector nyembamba ya silicon
Miundo ya kukamata fotoni hutumiwa kuongeza ufyonzaji wa mwanga katika nyembambavifaa vya kugundua picha za silicon
Mifumo ya picha inaimarika kwa kasi katika programu nyingi zinazojitokeza, ikijumuisha mawasiliano ya macho, kutambua liDAR na taswira ya kimatibabu. Hata hivyo, kuenea kwa kupitishwa kwa photonics katika ufumbuzi wa uhandisi wa siku zijazo inategemea gharama ya viwandavigunduzi vya picha, ambayo kwa upande inategemea kwa kiasi kikubwa aina ya semiconductor kutumika kwa ajili hiyo.
Kijadi, silicon (Si) imekuwa semiconductor inayopatikana kila mahali katika tasnia ya vifaa vya elektroniki, hivi kwamba tasnia nyingi zimepevuka karibu na nyenzo hii. Kwa bahati mbaya, Si ina mgawo hafifu wa ufyonzaji wa mwanga katika wigo wa karibu wa infrared (NIR) ikilinganishwa na semikondakta zingine kama vile gallium arsenide (GaAs). Kwa sababu hii, GaAs na aloi zinazohusiana zinastawi katika matumizi ya picha lakini hazioani na michakato ya jadi ya semicondukta ya oksidi ya chuma (CMOS) inayotumika katika utengenezaji wa vifaa vingi vya elektroniki. Hii ilisababisha ongezeko kubwa la gharama za utengenezaji wao.
Watafiti wamebuni njia ya kuboresha sana ufyonzaji wa karibu wa infrared katika silicon, ambayo inaweza kusababisha kupunguzwa kwa gharama katika vifaa vya picha vya utendaji wa juu, na timu ya utafiti ya UC Davis inaanzisha mkakati mpya wa kuboresha kwa kiasi kikubwa unyonyaji wa mwanga katika filamu nyembamba za silicon. Katika karatasi yao ya hivi punde zaidi katika Nexus ya Advanced Photonics, wanaonyesha kwa mara ya kwanza onyesho la majaribio la kigundua picha chenye msingi wa silicon chenye miundo midogo ya kunasa mwanga - na uso wa nano, ikipata maboresho ya utendaji ambayo hayajawahi kulinganishwa na GaAs na semiconductors zingine za kikundi cha III-V. . Kitambuzi cha picha kina bamba la silikoni lenye unene wa mikroni na unene wa silinda iliyowekwa kwenye sehemu ndogo ya kuhami joto, na "vidole" vya chuma vinavyoenea kwa mtindo wa uma wa vidole kutoka kwa chuma cha kugusa kilicho juu ya sahani. Muhimu zaidi, silikoni yenye uvimbe imejazwa na mashimo ya duara yaliyopangwa katika muundo wa muda ambao hufanya kama tovuti za kunasa fotoni. Muundo wa jumla wa kifaa husababisha mwanga wa tukio la kawaida kupinda kwa karibu 90° wakati unapogonga uso, na kuruhusu kueneza kando kando ya ndege ya Si. Njia hizi za uenezi za kando huongeza urefu wa safari ya mwanga na kuipunguza kwa ufanisi, na hivyo kusababisha mwingiliano zaidi wa jambo-nyepesi na hivyo kuongezeka kwa unyonyaji.
Watafiti pia walifanya uigaji wa macho na uchambuzi wa kinadharia ili kuelewa vyema athari za miundo ya kukamata picha, na walifanya majaribio kadhaa kulinganisha vigunduzi vya picha na bila wao. Waligundua kuwa kunasa fotoni kulisababisha uboreshaji mkubwa katika ufanisi wa ufyonzaji wa Broadband katika wigo wa NIR, kukaa zaidi ya 68% na kilele cha 86%. Ni muhimu kuzingatia kwamba katika bendi ya karibu ya infrared, mgawo wa kunyonya wa photodetector ya kupiga picha ni mara kadhaa zaidi kuliko ile ya silicon ya kawaida, inayozidi gallium arsenide. Zaidi ya hayo, ingawa muundo unaopendekezwa ni wa sahani za silikoni zenye unene wa 1μm, uigaji wa filamu za silikoni za nm 30 na 100 zinazooana na vifaa vya kielektroniki vya CMOS zinaonyesha utendaji sawa ulioimarishwa.
Kwa ujumla, matokeo ya utafiti huu yanaonyesha mkakati wa kuahidi wa kuboresha utendaji wa vigunduzi vya picha vinavyotokana na silicon katika programu zinazojitokeza za kupiga picha. Unyonyaji wa juu unaweza kupatikana hata katika tabaka za silicon nyembamba sana, na uwezo wa vimelea wa mzunguko unaweza kuwekwa chini, ambayo ni muhimu katika mifumo ya kasi ya juu. Kwa kuongezea, njia iliyopendekezwa inaendana na michakato ya kisasa ya utengenezaji wa CMOS na kwa hivyo ina uwezo wa kubadilisha njia ya optoelectronics kuunganishwa kwenye saketi za kitamaduni. Hii, kwa upande wake, inaweza kufungua njia kwa kiwango kikubwa katika mitandao ya kompyuta ya haraka zaidi na teknolojia ya upigaji picha.
Muda wa kutuma: Nov-12-2024