পাতলা সিলিকন ফটোডিটেক্টরের নতুন প্রযুক্তি

এর নতুন প্রযুক্তিপাতলা সিলিকন ফটোডিটেক্টর
ফোটন ক্যাপচার কাঠামো পাতলা আলো শোষণ উন্নত করতে ব্যবহার করা হয়সিলিকন ফটোডিটেক্টর
ফটোনিক সিস্টেমগুলি অপটিক্যাল যোগাযোগ, লিডার সেন্সিং এবং মেডিকেল ইমেজিং সহ অনেক উদীয়মান অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দ্রুত ট্র্যাকশন অর্জন করছে। যাইহোক, ভবিষ্যতের প্রকৌশল সমাধানগুলিতে ফোটোনিক্সের ব্যাপকভাবে গ্রহণ করা উত্পাদন খরচের উপর নির্ভর করেফটোডিটেক্টর, যা ফলস্বরূপ সেই উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টরের ধরনের উপর নির্ভর করে।
ঐতিহ্যগতভাবে, সিলিকন (Si) ইলেকট্রনিক্স শিল্পে সবচেয়ে সর্বব্যাপী সেমিকন্ডাক্টর হয়েছে, এত বেশি যে বেশিরভাগ শিল্প এই উপাদানটির চারপাশে পরিপক্ক হয়েছে। দুর্ভাগ্যবশত, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এর মতো অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায় কাছাকাছি ইনফ্রারেড (NIR) বর্ণালীতে Si-এর তুলনামূলকভাবে দুর্বল আলো শোষণ সহগ রয়েছে। এই কারণে, GaAs এবং সম্পর্কিত মিশ্রণগুলি ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সমৃদ্ধ হচ্ছে কিন্তু বেশিরভাগ ইলেকট্রনিক্স উত্পাদনে ব্যবহৃত প্রথাগত পরিপূরক মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (CMOS) প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। এটি তাদের উত্পাদন খরচ একটি ধারালো বৃদ্ধি নেতৃত্বে.
গবেষকরা সিলিকনে কাছাকাছি-ইনফ্রারেড শোষণকে ব্যাপকভাবে উন্নত করার একটি উপায় তৈরি করেছেন, যা উচ্চ-কর্মক্ষমতা ফোটোনিক ডিভাইসে খরচ হ্রাস করতে পারে, এবং একটি UC ডেভিস গবেষণা দল সিলিকন পাতলা ছায়াছবিগুলিতে আলো শোষণকে ব্যাপকভাবে উন্নত করার জন্য একটি নতুন কৌশলের পথপ্রদর্শক। অ্যাডভান্সড ফটোনিক্স নেক্সাস-এ তাদের সর্বশেষ গবেষণাপত্রে, তারা প্রথমবারের মতো আলো-ক্যাপচারিং মাইক্রো- এবং ন্যানো-সারফেস স্ট্রাকচার সহ একটি সিলিকন-ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরের একটি পরীক্ষামূলক প্রদর্শন প্রদর্শন করেছে, যা GaAs এবং অন্যান্য III-V গ্রুপ সেমিকন্ডাক্টরের সাথে তুলনীয় অভূতপূর্ব কর্মক্ষমতা উন্নতি অর্জন করেছে। . ফটোডিটেক্টরে একটি মাইক্রন-পুরু নলাকার সিলিকন প্লেট থাকে যা একটি অন্তরক সাবস্ট্রেটের উপর স্থাপিত হয়, যার মধ্যে ধাতু "আঙ্গুলগুলি" প্লেটের শীর্ষে যোগাযোগের ধাতু থেকে আঙুল-কাঁটা আকারে প্রসারিত হয়। গুরুত্বপূর্ণভাবে, লম্পি সিলিকন একটি পর্যায়ক্রমিক প্যাটার্নে সাজানো বৃত্তাকার গর্ত দিয়ে ভরা হয় যা ফোটন ক্যাপচার সাইট হিসাবে কাজ করে। যন্ত্রের সামগ্রিক কাঠামোর কারণে সাধারণত ঘটনা আলোকে প্রায় 90° বাঁকানো হয় যখন এটি পৃষ্ঠে আঘাত করে, এটিকে Si সমতল বরাবর পার্শ্ববর্তীভাবে প্রচার করতে দেয়। এই পার্শ্বীয় প্রচার মোডগুলি আলোর ভ্রমণের দৈর্ঘ্য বাড়ায় এবং কার্যকরভাবে এটিকে ধীর করে দেয়, যার ফলে আরও আলোক-বস্তুর মিথস্ক্রিয়া ঘটে এবং এইভাবে শোষণ বৃদ্ধি পায়।
গবেষকরা ফোটন ক্যাপচার স্ট্রাকচারের প্রভাবগুলিকে আরও ভালভাবে বোঝার জন্য অপটিক্যাল সিমুলেশন এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ পরিচালনা করেছেন এবং ফটোডিটেক্টরের সাথে এবং তাদের ছাড়া তুলনা করে বেশ কয়েকটি পরীক্ষা পরিচালনা করেছেন। তারা দেখেছে যে ফোটন ক্যাপচারের ফলে এনআইআর স্পেকট্রামে ব্রডব্যান্ড শোষণ দক্ষতার উল্লেখযোগ্য উন্নতি হয়েছে, যা 86% এর সর্বোচ্চ সহ 68% এর উপরে অবস্থান করছে। এটি লক্ষণীয় যে কাছাকাছি ইনফ্রারেড ব্যান্ডে, ফোটন ক্যাপচার ফটোডিটেক্টরের শোষণ সহগ সাধারণ সিলিকনের চেয়ে কয়েকগুণ বেশি, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড ছাড়িয়ে। উপরন্তু, যদিও প্রস্তাবিত নকশাটি 1μm পুরু সিলিকন প্লেটের জন্য, CMOS ইলেকট্রনিক্সের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ 30 nm এবং 100 nm সিলিকন ফিল্মগুলির সিমুলেশনগুলি একই রকম উন্নত কর্মক্ষমতা দেখায়।
সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণার ফলাফলগুলি উদীয়মান ফোটোনিক্স অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিলিকন-ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরগুলির কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য একটি প্রতিশ্রুতিবদ্ধ কৌশল প্রদর্শন করে। এমনকি অতি-পাতলা সিলিকন স্তরেও উচ্চ শোষণ অর্জন করা যেতে পারে এবং সার্কিটের পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স কম রাখা যেতে পারে, যা উচ্চ-গতির সিস্টেমে গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, প্রস্তাবিত পদ্ধতিটি আধুনিক CMOS উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং তাই অপ্টোইলেক্ট্রনিক্সকে ঐতিহ্যগত সার্কিটে একত্রিত করার পদ্ধতিতে বিপ্লব করার সম্ভাবনা রয়েছে৷ এটি, ঘুরে, সাশ্রয়ী মূল্যের আল্ট্রাফাস্ট কম্পিউটার নেটওয়ার্ক এবং ইমেজিং প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য উল্লম্ফনের পথ প্রশস্ত করতে পারে।