Teknolojia mpya ya kigunduzi cha picha cha silikoni nyembamba

Teknolojia mpya yakigunduzi cha picha cha silikoni nyembamba
Miundo ya kukamata fotoni hutumika kuongeza unyonyaji wa mwanga katika sehemu nyembambavigunduzi vya picha vya silikoni
Mifumo ya fotoniki inapata mvuto haraka katika matumizi mengi yanayoibuka, ikiwa ni pamoja na mawasiliano ya macho, uhisi wa liDAR, na upigaji picha wa kimatibabu. Hata hivyo, kupitishwa kwa fotoniki katika suluhisho za uhandisi za siku zijazo kunategemea gharama ya utengenezaji.vigunduzi vya picha, ambayo inategemea sana aina ya semiconductor inayotumika kwa madhumuni hayo.
Kijadi, silicon (Si) imekuwa semiconductor inayopatikana kila mahali katika tasnia ya vifaa vya elektroniki, kiasi kwamba viwanda vingi vimekomaa kuzunguka nyenzo hii. Kwa bahati mbaya, Si ina mgawo dhaifu wa kunyonya mwanga katika wigo wa karibu wa infrared (NIR) ikilinganishwa na semiconductor zingine kama vile gallium arsenide (GaAs). Kwa sababu hii, GaAs na aloi zinazohusiana zinastawi katika matumizi ya fotoniki lakini haziendani na michakato ya kitamaduni ya semiconductor ya metali-oksidi (CMOS) inayotumika katika utengenezaji wa vifaa vingi vya elektroniki. Hii ilisababisha ongezeko kubwa la gharama zao za utengenezaji.
Watafiti wamebuni njia ya kuongeza sana unyonyaji wa karibu na infrared katika silicon, ambayo inaweza kusababisha kupunguzwa kwa gharama katika vifaa vya fotoniki vyenye utendaji wa hali ya juu, na timu ya utafiti ya UC Davis inaanzisha mkakati mpya wa kuboresha sana unyonyaji wa mwanga katika filamu nyembamba za silicon. Katika karatasi yao ya hivi karibuni katika Advanced Photonics Nexus, wanaonyesha kwa mara ya kwanza onyesho la majaribio la kigunduzi cha picha kinachotegemea silicon chenye miundo midogo na nano-uso inayokamata mwanga, na kufikia maboresho ya utendaji ambayo hayajawahi kutokea kama GaAs na semiconductors zingine za kikundi cha III-V. Kigunduzi cha picha kina bamba la silicon lenye unene wa micron lililowekwa kwenye substrate ya kuhami joto, huku "vidole" vya chuma vikinyooka kwa mtindo wa uma wa kidole kutoka kwa chuma cha mguso juu ya bamba. Muhimu zaidi, silicon yenye uvimbe hujazwa na mashimo ya mviringo yaliyopangwa katika muundo wa mara kwa mara ambao hufanya kazi kama maeneo ya kunasa fotoni. Muundo wa jumla wa kifaa husababisha mwanga wa kawaida wa tukio kupinda kwa karibu 90° unapogonga uso, na kuuruhusu kuenea kando kando ya ndege ya Si. Njia hizi za uenezaji wa pembeni huongeza urefu wa usafiri wa mwanga na hupunguza mwendo wake kwa ufanisi, na kusababisha mwingiliano zaidi wa mwanga na hivyo kuongeza unyonyaji.
Watafiti pia walifanya uigaji wa macho na uchambuzi wa kinadharia ili kuelewa vyema athari za miundo ya kunasa fotoni, na walifanya majaribio kadhaa kulinganisha vigunduzi vya picha vilivyo na na visivyo navyo. Waligundua kuwa kunasa fotoni kulisababisha uboreshaji mkubwa katika ufanisi wa unyonyaji wa broadband katika wigo wa NIR, na kubaki juu ya 68% na kilele cha 86%. Inafaa kuzingatia kwamba katika bendi ya infrared iliyo karibu, mgawo wa unyonyaji wa kigunduzi cha picha cha kunasa fotoni ni mara kadhaa juu kuliko ule wa silicon ya kawaida, ukizidi gallium arsenide. Kwa kuongezea, ingawa muundo uliopendekezwa ni wa sahani za silicon zenye unene wa 1μm, uigaji wa filamu za silicon za 30 nm na 100 nm zinazoendana na vifaa vya elektroniki vya CMOS unaonyesha utendaji ulioboreshwa sawa.
Kwa ujumla, matokeo ya utafiti huu yanaonyesha mkakati mzuri wa kuboresha utendaji wa vigunduzi vya picha vinavyotegemea silikoni katika matumizi yanayoibuka ya fotoniki. Unyonyaji mwingi unaweza kupatikana hata katika tabaka nyembamba sana za silikoni, na uwezo wa vimelea wa saketi unaweza kuwekwa chini, jambo ambalo ni muhimu katika mifumo ya kasi kubwa. Kwa kuongezea, njia iliyopendekezwa inaendana na michakato ya kisasa ya utengenezaji wa CMOS na kwa hivyo ina uwezo wa kuleta mapinduzi jinsi vifaa vya elektroniki vinavyounganishwa katika saketi za kitamaduni. Hii, kwa upande wake, inaweza kufungua njia kwa hatua kubwa katika mitandao ya kompyuta yenye kasi kubwa na teknolojia ya upigaji picha.