নতুন প্রযুক্তিরপাতলা সিলিকন ফটোডিটেক্টর
পাতলা স্তরে আলো শোষণ বাড়ানোর জন্য ফোটন ক্যাপচার কাঠামো ব্যবহার করা হয়।সিলিকন ফটোডিটেক্টর
অপটিক্যাল কমিউনিকেশন, লাইডার সেন্সিং এবং মেডিকেল ইমেজিং-সহ অনেক উদীয়মান প্রয়োগক্ষেত্রে ফোটোনিক সিস্টেম দ্রুত জনপ্রিয়তা লাভ করছে। তবে, ভবিষ্যতের প্রকৌশল সমাধানে ফোটোনিক্সের ব্যাপক ব্যবহার এর উৎপাদন ব্যয়ের উপর নির্ভর করে।ফটোডিটেক্টরযা আবার মূলত সেই উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টরের ধরনের ওপর নির্ভর করে।
ঐতিহ্যগতভাবে, ইলেকট্রনিক্স শিল্পে সিলিকন (Si) সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর, এতটাই যে বেশিরভাগ শিল্পই এই উপাদানটিকে কেন্দ্র করে গড়ে উঠেছে। দুর্ভাগ্যবশত, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs)-এর মতো অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায় নিয়ার ইনফ্রারেড (NIR) বর্ণালীতে সিলিকনের আলো শোষণ সহগ তুলনামূলকভাবে দুর্বল। এই কারণে, GaAs এবং এর সাথে সম্পর্কিত সংকর ধাতুগুলো ফোটোনিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হলেও, বেশিরভাগ ইলেকট্রনিক্স উৎপাদনে ব্যবহৃত প্রচলিত কমপ্লিমেন্টারি মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (CMOS) প্রক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। এর ফলে এদের উৎপাদন খরচ ব্যাপকভাবে বেড়ে গেছে।
গবেষকরা সিলিকনে নিয়ার-ইনফ্রারেড শোষণ ব্যাপকভাবে বাড়ানোর একটি উপায় উদ্ভাবন করেছেন, যা উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ফোটোনিক ডিভাইসের খরচ কমাতে পারে। একই সাথে, ইউসি ডেভিসের একটি গবেষণা দল সিলিকন থিন ফিল্মে আলোর শোষণ ব্যাপকভাবে উন্নত করার জন্য একটি নতুন কৌশলের পথ দেখাচ্ছে। অ্যাডভান্সড ফোটোনিক্স নেক্সাসে প্রকাশিত তাদের সর্বশেষ গবেষণাপত্রে, তারা প্রথমবারের মতো আলো-সংগ্রহকারী মাইক্রো- এবং ন্যানো-পৃষ্ঠ কাঠামোযুক্ত একটি সিলিকন-ভিত্তিক ফোটোডিটেক্টরের পরীক্ষামূলক প্রদর্শন করেছেন, যা GaAs এবং অন্যান্য III-V গ্রুপের সেমিকন্ডাক্টরের সাথে তুলনীয় অভূতপূর্ব কার্যক্ষমতার উন্নতি সাধন করেছে। এই ফোটোডিটেক্টরটি একটি অন্তরক সাবস্ট্রেটের উপর স্থাপিত এক মাইক্রন-পুরু নলাকার সিলিকন প্লেট দিয়ে গঠিত, যার উপরের দিকের কন্টাক্ট মেটাল থেকে আঙুলের কাঁটার মতো করে ধাতব "আঙুল" প্রসারিত থাকে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, এই অমসৃণ সিলিকনটি একটি পর্যায়ক্রমিক বিন্যাসে সাজানো বৃত্তাকার ছিদ্র দ্বারা পূর্ণ, যা ফোটন সংগ্রহের স্থান হিসেবে কাজ করে। ডিভাইসটির সামগ্রিক কাঠামোর কারণে, লম্বভাবে আপতিত আলো যখন এর পৃষ্ঠে আঘাত করে, তখন তা প্রায় ৯০° কোণে বেঁকে যায়, যা এটিকে সিলিকন তল বরাবর পার্শ্বীয়ভাবে সঞ্চারিত হতে সাহায্য করে। এই পার্শ্বীয় সঞ্চালন পদ্ধতিগুলো আলোর ভ্রমণপথের দৈর্ঘ্য বাড়িয়ে দেয় এবং কার্যকরভাবে এর গতি কমিয়ে দেয়, যার ফলে আলো ও পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বৃদ্ধি পায় এবং ফলস্বরূপ শোষণও বেড়ে যায়।
গবেষকরা ফোটন ক্যাপচার কাঠামোর প্রভাব আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য অপটিক্যাল সিমুলেশন এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণও পরিচালনা করেছেন এবং এগুলিসহ ও ছাড়া ফটোডিটেক্টরগুলির তুলনা করে বেশ কয়েকটি পরীক্ষা চালিয়েছেন। তাঁরা দেখেছেন যে ফোটন ক্যাপচারের ফলে নিয়ার ইনফ্রারেড (NIR) বর্ণালীতে ব্রডব্যান্ড শোষণ দক্ষতার উল্লেখযোগ্য উন্নতি হয়েছে, যা ৬৮%-এর উপরে থেকে সর্বোচ্চ ৮৬%-এ পৌঁছেছে। এটি লক্ষণীয় যে নিয়ার ইনফ্রারেড ব্যান্ডে, ফোটন ক্যাপচার ফটোডিটেক্টরের শোষণ সহগ সাধারণ সিলিকনের চেয়ে কয়েকগুণ বেশি, যা গ্যালিয়াম আর্সেনাইডকেও ছাড়িয়ে যায়। এছাড়াও, যদিও প্রস্তাবিত নকশাটি ১ মাইক্রোমিটার পুরু সিলিকন প্লেটের জন্য, CMOS ইলেকট্রনিক্সের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ৩০ ন্যানোমিটার এবং ১০০ ন্যানোমিটার সিলিকন ফিল্মের সিমুলেশনেও একই রকম উন্নত কর্মক্ষমতা দেখা গেছে।
সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণার ফলাফল উদীয়মান ফোটোনিক্স অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সিলিকন-ভিত্তিক ফটোডিটেক্টরের কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য একটি সম্ভাবনাময় কৌশল প্রদর্শন করে। অতি-পাতলা সিলিকন স্তরেও উচ্চ শোষণ অর্জন করা সম্ভব এবং সার্কিটের প্যারাসাইটিক ক্যাপাসিট্যান্স কম রাখা যায়, যা উচ্চ-গতির সিস্টেমের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, প্রস্তাবিত পদ্ধতিটি আধুনিক CMOS উৎপাদন প্রক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং তাই প্রচলিত সার্কিটে অপটোইলেকট্রনিক্স সংহত করার পদ্ধতিতে বৈপ্লবিক পরিবর্তন আনার সম্ভাবনা রাখে। এর ফলে, সাশ্রয়ী অতি-দ্রুত কম্পিউটার নেটওয়ার্ক এবং ইমেজিং প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতির পথ প্রশস্ত হতে পারে।
পোস্ট করার সময়: ১২ নভেম্বর, ২০২৪