ເຕັກໂນໂລຊີໃໝ່ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຊິລິໂຄນບາງໆ

ເທັກໂນໂລຢີໃໝ່ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຊິລິໂຄນບາງໆ
ໂຄງສ້າງການຈັບໂຟຕອນຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍການດູດຊຶມແສງໃນບາງໆເຄື່ອງກວດຈັບແສງຊິລິໂຄນ
ລະບົບໂຟໂຕນິກກຳລັງໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມຢ່າງໄວວາໃນຫຼາຍໆການນຳໃຊ້ທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່, ລວມທັງການສື່ສານທາງແສງ, ການຮັບຮູ້ liDAR, ແລະ ການຖ່າຍພາບທາງການແພດ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການຮັບຮອງເອົາໂຟໂຕນິກຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນວິທີແກ້ໄຂດ້ານວິສະວະກຳໃນອະນາຄົດແມ່ນຂຶ້ນກັບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດ.ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ, ເຊິ່ງໃນທາງກັບກັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຂຶ້ນກັບປະເພດຂອງເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ໃຊ້ສຳລັບຈຸດປະສົງນັ້ນ.
ຕາມປະເພນີ, ຊິລິກອນ (Si) ເປັນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີຢູ່ທົ່ວໄປທີ່ສຸດໃນອຸດສາຫະກຳເອເລັກໂຕຣນິກ, ຫຼາຍຈົນອຸດສາຫະກຳສ່ວນໃຫຍ່ໄດ້ພັດທະນາໄປພ້ອມກັບວັດສະດຸນີ້. ແຕ່ໂຊກບໍ່ດີ, Si ມີຄ່າສຳປະສິດການດູດຊຶມແສງທີ່ຂ້ອນຂ້າງອ່ອນແອໃນຄື້ນອິນຟາເຣດໃກ້ (NIR) ເມື່ອທຽບກັບເຄິ່ງຕົວນຳອື່ນໆເຊັ່ນ: ແກລຽມອາເຊໄນ (GaAs). ເນື່ອງຈາກສິ່ງນີ້, GaAs ແລະໂລຫະປະສົມທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຈຶ່ງເຕີບໃຫຍ່ຂະຫຍາຍຕົວໃນການນຳໃຊ້ໂຟໂຕນິກ ແຕ່ບໍ່ເຂົ້າກັນໄດ້ກັບຂະບວນການເຄິ່ງຕົວນຳໂລຫະ-ອົກໄຊດ໌ (CMOS) ແບບດັ້ງເດີມທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດເອເລັກໂຕຣນິກສ່ວນໃຫຍ່. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດຂອງພວກມັນເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ວາງແຜນວິທີການເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍການດູດຊຶມໃກ້ອິນຟາເຣດໃນຊິລິກອນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງອາດຈະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນອຸປະກອນໂຟຕອນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ, ແລະທີມງານຄົ້ນຄວ້າຂອງ UC Davis ກໍາລັງບຸກເບີກຍຸດທະສາດໃໝ່ເພື່ອປັບປຸງການດູດຊຶມແສງໃນຟິມບາງຊິລິກອນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນເອກະສານລ່າສຸດຂອງພວກເຂົາທີ່ Advanced Photonics Nexus, ພວກເຂົາສະແດງໃຫ້ເຫັນເປັນຄັ້ງທໍາອິດກ່ຽວກັບການສາທິດການທົດລອງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນທີ່ມີໂຄງສ້າງພື້ນຜິວຈຸລະພາກ ແລະ ນາໂນທີ່ຈັບແສງ, ເຊິ່ງບັນລຸການປັບປຸງປະສິດທິພາບທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນທຽບເທົ່າກັບ GaAs ແລະ ເຄິ່ງຕົວນໍາກຸ່ມ III-V ອື່ນໆ. ເຄື່ອງກວດຈັບແສງປະກອບດ້ວຍແຜ່ນຊິລິກອນຮູບຊົງກະບອກໜາໄມຄຣອນທີ່ວາງໄວ້ເທິງຊັ້ນຮອງ, ໂດຍມີ "ນິ້ວມື" ໂລຫະຍືດອອກໃນຮູບແບບນິ້ວມືຈາກໂລຫະຕິດຕໍ່ຢູ່ເທິງສຸດຂອງແຜ່ນ. ສິ່ງສໍາຄັນ, ຊິລິກອນທີ່ເປັນກ້ອນແມ່ນເຕັມໄປດ້ວຍຮູວົງມົນທີ່ຈັດລຽງໃນຮູບແບບເປັນໄລຍະທີ່ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຈຸດຈັບໂຟຕອນ. ໂຄງສ້າງໂດຍລວມຂອງອຸປະກອນເຮັດໃຫ້ແສງທີ່ຕົກกระทบຕາມປົກກະຕິງໍເກືອບ 90° ເມື່ອມັນຕົກໃສ່ພື້ນຜິວ, ຊ່ວຍໃຫ້ມັນສາມາດແຜ່ລາມໄປທາງຂ້າງຕາມລະນາບ Si. ຮູບແບບການແຜ່ກະຈາຍທາງຂ້າງເຫຼົ່ານີ້ເພີ່ມໄລຍະເວລາການເດີນທາງຂອງແສງ ແລະ ເຮັດໃຫ້ມັນຊ້າລົງຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການພົວພັນລະຫວ່າງແສງກັບສານຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມການດູດຊຶມ.
ນັກຄົ້ນຄວ້າຍັງໄດ້ດຳເນີນການຈຳລອງທາງແສງ ແລະ ການວິເຄາະທາງທິດສະດີເພື່ອເຂົ້າໃຈຜົນກະທົບຂອງໂຄງສ້າງການຈັບໂຟຕອນໃຫ້ດີຂຶ້ນ, ແລະ ໄດ້ດຳເນີນການທົດລອງຫຼາຍໆຄັ້ງໂດຍປຽບທຽບເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນທີ່ມີ ແລະ ບໍ່ມີພວກມັນ. ພວກເຂົາພົບວ່າການຈັບໂຟຕອນໄດ້ນຳໄປສູ່ການປັບປຸງທີ່ສຳຄັນໃນປະສິດທິພາບການດູດຊຶມຄວາມຖີ່ກ້ວາງໃນສະເປກຕຣຳ NIR, ຢູ່ໃນລະດັບສູງກວ່າ 68% ດ້ວຍຈຸດສູງສຸດ 86%. ມັນເປັນສິ່ງທີ່ໜ້າສັງເກດວ່າໃນແຖບອິນຟາເຣດໃກ້, ສຳປະສິດການດູດຊຶມຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນແມ່ນສູງກວ່າຊິລິກອນທຳມະດາຫຼາຍເທົ່າ, ເກີນແກລຽມອາເຊໄນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າການອອກແບບທີ່ສະເໜີແມ່ນສຳລັບແຜ່ນຊິລິກອນໜາ 1μm, ການຈຳລອງຂອງຟິມຊິລິກອນ 30 nm ແລະ 100 nm ທີ່ເຂົ້າກັນໄດ້ກັບເອເລັກໂຕຣນິກ CMOS ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຄ້າຍຄືກັນ.
ໂດຍລວມແລ້ວ, ຜົນໄດ້ຮັບຂອງການສຶກສານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຍຸດທະສາດທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບການປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນໃນການນຳໃຊ້ໂຟໂຕນິກທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່. ການດູດຊຶມສູງສາມາດບັນລຸໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນຊັ້ນຊິລິກອນບາງໆ, ແລະຄວາມຈຸຂອງປາຣາຊິດຂອງວົງຈອນສາມາດຮັກສາໄວ້ໃຫ້ຕໍ່າ, ເຊິ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນລະບົບຄວາມໄວສູງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ວິທີການທີ່ສະເໜີນີ້ແມ່ນເຂົ້າກັນໄດ້ກັບຂະບວນການຜະລິດ CMOS ທີ່ທັນສະໄໝ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີທ່າແຮງທີ່ຈະປະຕິວັດວິທີການປະສົມປະສານອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກເຂົ້າໃນວົງຈອນແບບດັ້ງເດີມ. ໃນທາງກັບກັນ, ສິ່ງນີ້ອາດຈະປູທາງໃຫ້ແກ່ການກ້າວກະໂດດທີ່ສຳຄັນໃນເຄືອຂ່າຍຄອມພິວເຕີທີ່ມີຄວາມໄວສູງ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີການຖ່າຍພາບທີ່ມີລາຄາບໍ່ແພງ.