পাতলা সিলিকন ফটোডিটেক্টরের নতুন প্রযুক্তি

নতুন প্রযুক্তিপাতলা সিলিকন ফটোডিটেক্টর
ফোটন ক্যাপচার স্ট্রাকচারগুলি পাতলা আলোর শোষণ বাড়ানোর জন্য ব্যবহৃত হয়সিলিকন ফটোডিটেক্টর
ফোটোনিক সিস্টেমগুলি অপটিক্যাল কমিউনিকেশন, liDAR সেন্সিং এবং মেডিকেল ইমেজিং সহ অনেক উদীয়মান অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দ্রুত জনপ্রিয়তা অর্জন করছে। তবে, ভবিষ্যতের ইঞ্জিনিয়ারিং সমাধানগুলিতে ফোটোনিক্সের ব্যাপক গ্রহণ নির্ভর করে উৎপাদন খরচের উপর।ফটোডিটেক্টর, যা মূলত সেই উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টরের ধরণের উপর নির্ভর করে।
ঐতিহ্যগতভাবে, সিলিকন (Si) ইলেকট্রনিক্স শিল্পে সর্বাধিক সর্বব্যাপী অর্ধপরিবাহী, এতটাই যে বেশিরভাগ শিল্প এই উপাদানের চারপাশে পরিপক্ক হয়েছে। দুর্ভাগ্যবশত, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এর মতো অন্যান্য অর্ধপরিবাহীর তুলনায় কাছাকাছি ইনফ্রারেড (NIR) বর্ণালীতে Si এর আলোক শোষণ সহগ তুলনামূলকভাবে দুর্বল। এই কারণে, GaAs এবং সম্পর্কিত সংকর ধাতুগুলি ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সমৃদ্ধ হচ্ছে কিন্তু বেশিরভাগ ইলেকট্রনিক্স উৎপাদনে ব্যবহৃত ঐতিহ্যবাহী পরিপূরক ধাতু-অক্সাইড অর্ধপরিবাহী (CMOS) প্রক্রিয়াগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। এর ফলে তাদের উৎপাদন খরচ তীব্রভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে।
গবেষকরা সিলিকনে নিয়ার-ইনফ্রারেড শোষণকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করার একটি উপায় তৈরি করেছেন, যা উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ফোটোনিক ডিভাইসগুলিতে খরচ কমাতে পারে এবং ইউসি ডেভিসের একটি গবেষণা দল সিলিকন পাতলা ফিল্মগুলিতে আলো শোষণকে ব্যাপকভাবে উন্নত করার জন্য একটি নতুন কৌশলের পথপ্রদর্শক। অ্যাডভান্সড ফোটোনিক্স নেক্সাসে 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। ফটোডিটেক্টরটিতে একটি মাইক্রোন-পুরু নলাকার সিলিকন প্লেট থাকে যা একটি অন্তরক সাবস্ট্রেটের উপর স্থাপন করা হয়, যেখানে ধাতু "আঙ্গুলগুলি" প্লেটের শীর্ষে যোগাযোগ ধাতু থেকে আঙুলের কাঁটা আকারে প্রসারিত হয়। গুরুত্বপূর্ণভাবে, গলিত সিলিকনটি পর্যায়ক্রমিক প্যাটার্নে সাজানো বৃত্তাকার গর্ত দিয়ে পূর্ণ থাকে যা ফোটন ক্যাপচার সাইট হিসাবে কাজ করে। ডিভাইসের সামগ্রিক কাঠামোর কারণে সাধারণত ঘটনা আলো পৃষ্ঠে আঘাত করলে প্রায় 90° বাঁকতে থাকে, যা এটি Si সমতল বরাবর পার্শ্বীয়ভাবে প্রচার করতে দেয়। এই পার্শ্বীয় প্রচার পদ্ধতিগুলি আলোর ভ্রমণের দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি করে এবং কার্যকরভাবে এটিকে ধীর করে দেয়, যার ফলে আলোক-বস্তুর মিথস্ক্রিয়া আরও বৃদ্ধি পায় এবং এর ফলে শোষণ বৃদ্ধি পায়।
গবেষকরা ফোটন ক্যাপচার স্ট্রাকচারের প্রভাব আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য অপটিক্যাল সিমুলেশন এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণও পরিচালনা করেছেন এবং ফটোডিটেক্টরগুলির সাথে এবং তাদের ছাড়া তুলনা করে বেশ কয়েকটি পরীক্ষা পরিচালনা করেছেন। তারা দেখেছেন যে ফোটন ক্যাপচার NIR স্পেকট্রামে ব্রডব্যান্ড শোষণ দক্ষতায় উল্লেখযোগ্য উন্নতি করেছে, যা 68% এর উপরে রয়েছে এবং সর্বোচ্চ 86%। এটি লক্ষণীয় যে কাছাকাছি ইনফ্রারেড ব্যান্ডে, ফোটন ক্যাপচার ফটোডিটেক্টরের শোষণ সহগ সাধারণ সিলিকনের তুলনায় কয়েকগুণ বেশি, গ্যালিয়াম আর্সেনাইডকে ছাড়িয়ে যায়। এছাড়াও, যদিও প্রস্তাবিত নকশাটি 1μm পুরু সিলিকন প্লেটের জন্য, CMOS ইলেকট্রনিক্সের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ 30 nm এবং 100 nm সিলিকন ফিল্মের সিমুলেশনগুলি একই রকম উন্নত কর্মক্ষমতা দেখায়।
সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণার ফলাফল উদীয়মান ফোটোনিক্স অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিলিকন-ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরগুলির কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল কৌশল প্রদর্শন করে। অতি-পাতলা সিলিকন স্তরগুলিতেও উচ্চ শোষণ অর্জন করা যেতে পারে এবং সার্কিটের পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্স কম রাখা যেতে পারে, যা উচ্চ-গতির সিস্টেমে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, প্রস্তাবিত পদ্ধতিটি আধুনিক CMOS উৎপাদন প্রক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং তাই ঐতিহ্যবাহী সার্কিটে অপটোইলেক্ট্রনিক্সকে একীভূত করার পদ্ধতিতে বিপ্লব ঘটানোর সম্ভাবনা রয়েছে। এর ফলে, সাশ্রয়ী মূল্যের অতি-দ্রুত কম্পিউটার নেটওয়ার্ক এবং ইমেজিং প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতির পথ প্রশস্ত হতে পারে।