ପତଳା ସିଲିକନ୍ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର ନୂତନ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା

ନୂତନ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାପତଳା ସିଲିକନ୍ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର
ପତଳା ରଙ୍ଗରେ ଆଲୋକ ଅବଶୋଷଣକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ ଫୋଟନ୍ କ୍ୟାପଚର ଗଠନ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏସିଲିକନ୍ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରଗୁଡ଼ିକ
ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଯୋଗାଯୋଗ, liDAR ସେନ୍ସିଂ ଏବଂ ମେଡିକାଲ୍ ଇମେଜିଂ ସମେତ ଅନେକ ଉଦୀୟମାନ ପ୍ରୟୋଗରେ ଫଟୋନିକ୍ ସିଷ୍ଟମ୍ ଦ୍ରୁତ ଗତିରେ ଲୋକପ୍ରିୟତା ହାସଲ କରୁଛି। ତଥାପି, ଭବିଷ୍ୟତର ଇଞ୍ଜିନିୟରିଂ ସମାଧାନରେ ଫଟୋନିକ୍ସର ବ୍ୟାପକ ଗ୍ରହଣ ଉତ୍ପାଦନ ଖର୍ଚ୍ଚ ଉପରେ ନିର୍ଭର କରେ।ଫୋଟୋଡେଟେକ୍ଟର୍ |, ଯାହା ମୁଖ୍ୟତଃ ସେହି ଉଦ୍ଦେଶ୍ୟରେ ବ୍ୟବହୃତ ଅର୍ଦ୍ଧଚାଳକ ପ୍ରକାର ଉପରେ ନିର୍ଭର କରେ।
ପାରମ୍ପରିକ ଭାବରେ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଶିଳ୍ପରେ ସିଲିକନ୍ (Si) ସବୁଠାରୁ ସର୍ବବ୍ୟାପୀ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ହୋଇଆସିଛି, ଏତେ ଯେ ଅଧିକାଂଶ ଶିଳ୍ପ ଏହି ସାମଗ୍ରୀ ପାଖରେ ପରିପକ୍ୱ ହୋଇସାରିଛି। ଦୁର୍ଭାଗ୍ୟବଶତଃ, ଗାଲିୟମ୍ ଆର୍ସେନାଇଡ୍ (GaAs) ପରି ଅନ୍ୟ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ଯନ୍ତ୍ର ତୁଳନାରେ Si ର ନିକଟବର୍ତ୍ତୀ ଇନଫ୍ରାରେଡ୍ (NIR) ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍‌ରେ ଏକ ଅପେକ୍ଷାକୃତ ଦୁର୍ବଳ ଆଲୋକ ଅବଶୋଷଣ ଗୁଣାଙ୍କ ଅଛି। ଏହି କାରଣରୁ, GaAs ଏବଂ ସମ୍ବନ୍ଧିତ ମିଶ୍ରଧାତୁ ଫଟୋନିକ୍ ପ୍ରୟୋଗରେ ସମୃଦ୍ଧ ହେଉଛି କିନ୍ତୁ ଅଧିକାଂଶ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଉତ୍ପାଦନରେ ବ୍ୟବହୃତ ପାରମ୍ପରିକ ପରିପୂରକ ଧାତୁ-ଅକ୍ସାଇଡ୍ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ (CMOS) ପ୍ରକ୍ରିୟା ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ ନୁହେଁ। ଏହା ସେମାନଙ୍କର ଉତ୍ପାଦନ ଖର୍ଚ୍ଚରେ ତୀବ୍ର ବୃଦ୍ଧି ଆଣିଥିଲା।
ଗବେଷକମାନେ ସିଲିକନରେ ନିକଟ-ଇନଫ୍ରାରେଡ୍ ଅବଶୋଷଣକୁ ବହୁ ପରିମାଣରେ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଉପାୟ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିଛନ୍ତି, ଯାହା ଉଚ୍ଚ-କର୍ମକ୍ଷମ ଫଟୋନିକ୍ ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକରେ ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ କରିପାରିବ, ଏବଂ ଏକ UC ଡେଭିସ୍ ଗବେଷଣା ଦଳ ସିଲିକନ୍ ପତଳା ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକରେ ଆଲୋକ ଅବଶୋଷଣକୁ ବହୁ ପରିମାଣରେ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ନୂତନ ରଣନୀତି ପ୍ରସ୍ତୁତ କରୁଛନ୍ତି। ଆଡଭାନ୍ସଡ୍ ଫଟୋନିକ୍ସ ନେକ୍ସସ୍ ରେ ସେମାନଙ୍କର ସଦ୍ୟତମ ପତ୍ରରେ, ସେମାନେ ପ୍ରଥମ ଥର ପାଇଁ ଆଲୋକ-କ୍ୟାପଚରିଂ ମାଇକ୍ରୋ - ଏବଂ ନାନୋ-ପୃଷ୍ଠ ଗଠନ ସହିତ ଏକ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର ଏକ ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ପ୍ରଦର୍ଶନ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଛନ୍ତି, ଯାହା GaAs ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ III-V ଗୋଷ୍ଠୀ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ସହିତ ତୁଳନୀୟ ଅଭୂତପୂର୍ବ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉନ୍ନତି ହାସଲ କରିଛି। ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରରେ ଏକ ମାଇକ୍ରୋନ୍-ଘନ ସିଲିକନ୍ ପ୍ଲେଟ୍ ଥାଏ ଯାହା ଏକ ଇନସୁଲେଟିଂ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉପରେ ରଖାଯାଇଥାଏ, ପ୍ଲେଟର ଉପର ଭାଗରେ ଥିବା ସମ୍ପର୍କ ଧାତୁରୁ ଏକ ଆଙ୍ଗୁଠି-ଫୋର୍କ ଫ୍ୟାଶନ୍ ଭାବରେ ଧାତୁ "ଆଙ୍ଗୁଠି" ବିସ୍ତାରିତ ହୋଇଥାଏ। ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କଥା ହେଉଛି, ଲମ୍ପି ସିଲିକନ୍ ଏକ ପର୍ଯ୍ୟାୟଗତ ପ୍ୟାଟର୍ନରେ ବ୍ୟବହୃତ ବୃତ୍ତାକାର ଗର୍ତ୍ତରେ ପରିପୂର୍ଣ୍ଣ ହୋଇଥାଏ ଯାହା ଫୋଟନ୍ କ୍ୟାପଚର ସ୍ଥାନ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ। ଡିଭାଇସର ସାମଗ୍ରିକ ଗଠନ ସାଧାରଣତଃ ଘଟୁଥିବା ଆଲୋକକୁ ପୃଷ୍ଠକୁ ଆଘାତ କରିବା ସମୟରେ ପ୍ରାୟ 90° ବଙ୍କା କରିଥାଏ, ଏହାକୁ Si ସମତଳ ସହିତ ପାର୍ଶ୍ଵରେ ପ୍ରସାରିତ କରିବାକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ। ଏହି ପାର୍ଶ୍ଵିକ ପ୍ରସାରଣ ଧାରଗୁଡ଼ିକ ଆଲୋକର ଯାତ୍ରାର ଅବଧି ବୃଦ୍ଧି କରନ୍ତି ଏବଂ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ଏହାକୁ ଧୀର କରନ୍ତି, ଯାହା ଫଳରେ ଆଲୋକ-ବସ୍ତୁ ମଧ୍ୟରେ ଅଧିକ ପାରସ୍ପରିକ କ୍ରିୟା ହୁଏ ଏବଂ ଏହିପରି ଶୋଷଣ ବୃଦ୍ଧି ପାଏ।
ଗବେଷକମାନେ ଫୋଟନ୍ କ୍ୟାପଚର ଗଠନର ପ୍ରଭାବକୁ ଭଲ ଭାବରେ ବୁଝିବା ପାଇଁ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ସିମୁଲେସନ୍ ଏବଂ ସୈଦ୍ଧାନ୍ତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ମଧ୍ୟ କରିଥିଲେ ଏବଂ ସେମାନଙ୍କ ସହିତ ଏବଂ ବିନା ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରଗୁଡ଼ିକୁ ତୁଳନା କରି ଅନେକ ପରୀକ୍ଷଣ କରିଥିଲେ। ସେମାନେ ଜାଣିପାରିଲେ ଯେ ଫୋଟନ୍ କ୍ୟାପଚର NIR ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍‌ରେ ବ୍ରଡବ୍ୟାଣ୍ଡ ଅବଶୋଷଣ ଦକ୍ଷତାରେ ଏକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଉନ୍ନତି ଆଣିଥିଲା, ଯାହା 86% ର ଶୀର୍ଷ ସହିତ 68% ଉପରେ ରହିଥିଲା। ଏହା ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଯେ ନିକଟ ଇନଫ୍ରାରେଡ୍ ବ୍ୟାଣ୍ଡରେ, ଫୋଟନ୍ କ୍ୟାପଚର ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର ଅବଶୋଷଣ ଗୁଣାଙ୍କ ସାଧାରଣ ସିଲିକନ୍ ଅପେକ୍ଷା ଅନେକ ଗୁଣ ଅଧିକ, ଗାଲିୟମ୍ ଆର୍ସେନାଇଡ୍ ଅତିକ୍ରମ କରେ। ଏହା ସହିତ, ଯଦିଓ ପ୍ରସ୍ତାବିତ ଡିଜାଇନ୍ 1μm ଘନ ସିଲିକନ୍ ପ୍ଲେଟ୍ ପାଇଁ ଅଟେ, CMOS ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ 30 nm ଏବଂ 100 nm ସିଲିକନ୍ ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକର ସିମୁଲେସନ୍ ସମାନ ଉନ୍ନତ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦେଖାଏ।
ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ, ଏହି ଅଧ୍ୟୟନର ଫଳାଫଳ ଉଦୀୟମାନ ଫଟୋନିକ୍ସ ପ୍ରୟୋଗଗୁଡ଼ିକରେ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରଗୁଡ଼ିକର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ପ୍ରତିଶ୍ରୁତିବଦ୍ଧ ରଣନୀତି ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ। ଅତ୍ୟଧିକ ପତଳା ସିଲିକନ୍ ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକରେ ମଧ୍ୟ ଉଚ୍ଚ ଅବଶୋଷଣ ହାସଲ କରାଯାଇପାରିବ, ଏବଂ ସର୍କିଟର ପରଜୀବୀ କ୍ଷମତାକୁ କମ୍ ରଖାଯାଇପାରିବ, ଯାହା ହାଇ-ସ୍ପିଡ୍ ସିଷ୍ଟମରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ। ଏହା ସହିତ, ପ୍ରସ୍ତାବିତ ପଦ୍ଧତି ଆଧୁନିକ CMOS ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ ଏବଂ ତେଣୁ ପାରମ୍ପରିକ ସର୍କିଟରେ ଅପ୍ଟୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସକୁ ଏକୀକୃତ କରିବାର ଉପାୟରେ ବିପ୍ଳବ ଆଣିବାର ସମ୍ଭାବନା ରହିଛି। ଏହା, ପରିବର୍ତ୍ତେ, ସୁଲଭ ଅଲ୍ଟ୍ରାଫାଷ୍ଟ କମ୍ପ୍ୟୁଟର ନେଟୱାର୍କ ଏବଂ ଇମେଜିଂ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାରେ ଯଥେଷ୍ଟ ଉନ୍ନତି ପାଇଁ ପଥ ପ୍ରଶସ୍ତ କରିପାରିବ।