Photodiodes au silicium en forme de sablier avec une photoréponse améliorée dans le proche infrarouge
Image décrivant le contenu global de la photodiode SiNW en forme de sablier développée par les chercheurs. Crédit :Kim et al.
Les photodiodes au silicium sont des dispositifs semi-conducteurs couramment utilisés pour détecter la lumière visible et mesurer son intensité, couleur et position. Le fait que ces dispositifs soient en silicium présente à la fois des avantages et des inconvénients.
Bien que le silicium puisse être utilisé pour développer des systèmes moins chers et assez faciles à intégrer à l'électronique de lecture, il empêche également les photodiodes de détecter la lumière infrarouge proche (NIR) et infrarouge à ondes courtes (SWIR). En réalité, le silicium a une bande interdite de 1,12 eV, ce qui équivaut à une longueur d'onde de 1, 100 nanomètres. Cela rend finalement difficile pour les photodiodes en silicium de détecter la lumière NIR (à des longueurs d'onde de 700 à 1, 000 nanomètres) et la lumière SWIR (aux longueurs d'onde de 1, 000 à 1, 700 nanomètres).
Pour surmonter cette limite, une équipe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) et du centre de recherche Ames de la NASA a récemment développé un nouveau type de photodiodes au silicium basées sur des nanofils de silicium en forme de sablier avec des modes de galerie de chuchotement qui améliorent leur photoréponse dans le proche infrarouge. Leur étude a été présentée dans Nature Électronique .
"Le point de départ de cette recherche était de développer un photodétecteur au silicium pour la surveillance de la puissance des équipements chirurgicaux laser à l'aide d'un 1, Source lumineuse de 064 nanomètres (principalement utilisée pour les applications ophtalmiques, etc.), " Chang-Ki Baek, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore.
(a) Un schéma d'une simple photodiode à jonction PN, (b) Diagramme de bande interne de la photodiode à jonction PN lorsque la source lumineuse est incidente. Crédit :Kim et al.
Initialement, Baek et ses collègues ont essayé d'optimiser l'absorption de 1, lumière de longueur d'onde de 064 nanomètres en modifiant le diamètre et la hauteur des structures de nanofils de silicium en forme de cône inversé (SiNW) que leur laboratoire avait précédemment développées. Pour faire ça, ils ont ajusté le taux de gaz de gravure et le temps de gravure d'un HBr HBr/Cl 2 /O 2 mélange.
Cela a conduit à l'apparition inattendue du premier réseau SiNW en forme de sablier dans certains O 2 conditions de gaz. Dans leurs précédentes recherches, les chercheurs ont observé deux propriétés optiques clés des structures SiNW en forme de cône :une absorption lumineuse croissante dans les structures en forme de cône inversé résultant de leur résonance, et une réflectance de surface décroissante dans les structures régulières en forme de cône en raison de leur correspondance d'indice de réfraction.
"Étant donné que le SiNW en forme de sablier présente les avantages des structures en forme de cône inversé et droit, nous avons prédit que l'application d'un réseau SiNW en forme de sablier à la photodiode améliorerait la détection dans le proche infrarouge, " a déclaré Baek. "Dans les simulations et les expériences TCAD, nous avons vérifié l'amélioration de la détection dans le proche infrarouge avec la photodiode fabriquée. Par conséquent, notre photodiode SiNW en forme de sablier peut être exprimée comme une idée découverte par inadvertance lors de la conception d'un processus de gravure."
