blog

May 27, 2023

Iluminando o Futuro: Melhor Absorção de Luz em Fotodetectores de Silício

Por SPIEA 11 de agosto de 2023 Pesquisadores da UC Davis desenvolveram uma nova abordagem para melhorar o desempenho dos fotodetectores baseados em silício, potencialmente revolucionando a integração da optoeletrônica em

Por SPIEA 11 de agosto de 2023

Os pesquisadores da UC Davis desenvolveram uma nova abordagem para melhorar o desempenho dos fotodetectores baseados em silício, revolucionando potencialmente a integração da optoeletrônica em circuitos convencionais e levando a redes de computadores e avanços na tecnologia de imagem mais rápidos e acessíveis.

Os pesquisadores desenvolvem uma abordagem para aumentar enormemente a absorção do infravermelho próximo no silício, o que poderia levar a dispositivos fotônicos acessíveis e de alto desempenho.

Os sistemas fotônicos estão ganhando impulso rapidamente em inúmeras aplicações emergentes, incluindo comunicações ópticas, detecção lidar e imagens médicas. No entanto, a aceitação geral da fotônica em futuras soluções de engenharia depende muito do custo de fabricação dos fotodetectores, que é em grande parte determinado pelo tipo de semicondutor utilizado.

Traditionally, silicon (Si) has been the dominant semiconductor in the electronics industry. As a result, the majority of the industry has evolved around this material. However, Si has a relatively low light absorption coefficient in the near-infrared (NIR) spectrum compared to other semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> semicondutores como o arsenieto de gálio (GaAs). Devido a isso, GaAs e ligas semelhantes são mais eficazes em aplicações fotônicas, mas não se alinham com os processos tradicionais de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) usados ​​na maioria da produção de eletrônicos. Esta incompatibilidade leva a um aumento significativo nos seus custos de fabricação.

Buracos de tamanho micro e nano que capturam fótons no silício (Si) fazem com que a luz normalmente incidente se dobre em quase 90°, fazendo-a se propagar lateralmente ao longo do plano e levando, conseqüentemente, ao aumento da absorção de luz na banda NIR. Crédito: Qarony, Mayet, et al., doi 10.1117/1.APN.2.5.056001

Em resposta a esta questão, uma equipe de pesquisa da UC Davis, na Califórnia, está desenvolvendo uma nova estratégia para aumentar drasticamente a absorção de luz de filmes finos de Si. Seu último artigo, publicado na revista Advanced Photonics Nexus, apresenta a primeira demonstração experimental de fotodetectores baseados em Si com estruturas de micro e nano-superfície que capturam luz. Esta abordagem alcançou melhorias de desempenho que correspondem às dos GaAs e de outros semicondutores do grupo III-V.

The proposed photodetectors consist of a micrometer-thick cylindrical Si slab placed over an insulating substrate, with metallic “fingers” extending from the contact metals atop the slab in an interdigitated fashion. Importantly, the bulk Si is filled with circular holes arranged in a periodic pattern that act as photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> locais de captura de fótons. A estrutura geral do dispositivo faz com que a luz normalmente incidente se dobre quase 90° ao atingir a superfície, fazendo-a viajar lateralmente ao longo do plano do Si. Esses modos de propagação lateral aumentam o comprimento de propagação da luz e efetivamente a desaceleram, levando a uma maior interação luz-matéria e a um consequente aumento na absorção.