پتلی سلکان فوٹو ڈیٹیکٹر کی نئی ٹیکنالوجی

کی نئی ٹیکنالوجیپتلا سلکان فوٹو ڈیٹیکٹر
فوٹوون کیپچر ڈھانچے کو پتلی میں روشنی جذب کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔سلکان فوٹو ڈیٹیکٹر
فوٹوونک نظام بہت سے ابھرتی ہوئی ایپلی کیشنز میں تیزی سے کرشن حاصل کر رہے ہیں، بشمول آپٹیکل کمیونیکیشنز، liDAR سینسنگ، اور میڈیکل امیجنگ۔ تاہم، مستقبل کے انجینئرنگ کے حل میں فوٹوونکس کو بڑے پیمانے پر اپنانا مینوفیکچرنگ کی لاگت پر منحصر ہے۔فوٹو ڈیٹیکٹر، جو بدلے میں اس مقصد کے لئے استعمال ہونے والے سیمی کنڈکٹر کی قسم پر منحصر ہے۔
روایتی طور پر، سلیکون (Si) الیکٹرانکس کی صنعت میں سب سے زیادہ عام سیمی کنڈکٹر رہا ہے، اس قدر کہ زیادہ تر صنعتیں اس مواد کے ارد گرد پختہ ہو چکی ہیں۔ بدقسمتی سے، دوسرے سیمی کنڈکٹرز جیسے کہ گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) کے مقابلے قریب انفراریڈ (NIR) سپیکٹرم میں Si کا نسبتاً کمزور روشنی جذب گتانک ہے۔ اس کی وجہ سے، GaAs اور متعلقہ مرکبات فوٹوونک ایپلی کیشنز میں فروغ پا رہے ہیں لیکن زیادہ تر الیکٹرانکس کی تیاری میں استعمال ہونے والے روایتی تکمیلی میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (CMOS) کے عمل سے مطابقت نہیں رکھتے۔ اس کی وجہ سے ان کی مینوفیکچرنگ لاگت میں زبردست اضافہ ہوا۔
محققین نے سلکان میں قریب اورکت جذب کو بڑھانے کا ایک طریقہ وضع کیا ہے، جو اعلی کارکردگی والے فوٹوونک آلات میں لاگت میں کمی کا باعث بن سکتا ہے، اور یو سی ڈیوس ریسرچ ٹیم سلکان پتلی فلموں میں روشنی کے جذب کو بہت بہتر بنانے کے لیے ایک نئی حکمت عملی کا آغاز کر رہی ہے۔ Advanced Photonics Nexus میں اپنے تازہ ترین مقالے میں، انہوں نے پہلی بار روشنی کیپچرنگ مائیکرو - اور نینو سطح کے ڈھانچے کے ساتھ ایک سلکان پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹر کا تجرباتی مظاہرہ کیا، جس سے GaAs اور دیگر III-V گروپ سیمی کنڈکٹرز کے مقابلے کارکردگی میں بے مثال بہتری حاصل کی گئی۔ . فوٹو ڈیٹیکٹر ایک مائکرون موٹی بیلناکار سلکان پلیٹ پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک موصل سبسٹریٹ پر رکھی جاتی ہے، جس میں دھات کی "انگلیاں" پلیٹ کے اوپری حصے میں کانٹیکٹ میٹل سے انگلی کے کانٹے کے انداز میں پھیلی ہوتی ہیں۔ اہم بات یہ ہے کہ گانٹھ والا سلیکون ایک وقفے وقفے سے ترتیب دیئے گئے گول سوراخوں سے بھرا ہوا ہے جو فوٹوون کیپچر سائٹس کے طور پر کام کرتا ہے۔ آلے کی مجموعی ساخت کی وجہ سے عام طور پر واقعہ کی روشنی تقریباً 90° تک جھک جاتی ہے جب یہ سطح سے ٹکراتی ہے، جس سے یہ سی ہوائی جہاز کے ساتھ ساتھ پیچھے سے پھیلتی ہے۔ یہ پس منظر کے پھیلاؤ کے طریقے روشنی کے سفر کی لمبائی میں اضافہ کرتے ہیں اور اسے مؤثر طریقے سے سست کرتے ہیں، جس سے روشنی کے مادے کے زیادہ تعامل ہوتے ہیں اور اس طرح جذب میں اضافہ ہوتا ہے۔
محققین نے فوٹوون کیپچر ڈھانچے کے اثرات کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے آپٹیکل سمیولیشنز اور نظریاتی تجزیے بھی کیے، اور ان کے ساتھ اور ان کے بغیر فوٹو ڈیٹیکٹرز کا موازنہ کرنے کے لیے کئی تجربات کیے ہیں۔ انہوں نے پایا کہ فوٹوون کی گرفتاری نے NIR سپیکٹرم میں براڈ بینڈ جذب کرنے کی کارکردگی میں نمایاں بہتری لائی، جو 86% کی چوٹی کے ساتھ 68% سے اوپر رہی۔ یہ بات قابل غور ہے کہ قریب کے انفراریڈ بینڈ میں، فوٹوون کیپچر فوٹو ڈیٹیکٹر کا جذب گتانک عام سیلیکون سے کئی گنا زیادہ ہے، گیلیم آرسنائیڈ سے زیادہ ہے۔ اس کے علاوہ، اگرچہ مجوزہ ڈیزائن 1μm موٹی سلیکون پلیٹوں کے لیے ہے، لیکن 30 nm اور 100 nm کی سلکان فلمیں جو CMOS الیکٹرانکس کے ساتھ مطابقت رکھتی ہیں اسی طرح کی بہتر کارکردگی دکھاتی ہیں۔
مجموعی طور پر، اس مطالعے کے نتائج ابھرتی ہوئی فوٹوونکس ایپلی کیشنز میں سلکان پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹرز کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایک امید افزا حکمت عملی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ انتہائی پتلی سلکان تہوں میں بھی اعلی جذب حاصل کیا جا سکتا ہے، اور سرکٹ کی طفیلی صلاحیت کو کم رکھا جا سکتا ہے، جو تیز رفتار نظاموں میں اہم ہے۔ اس کے علاوہ، مجوزہ طریقہ جدید CMOS مینوفیکچرنگ کے عمل سے مطابقت رکھتا ہے اور اس وجہ سے روایتی سرکٹس میں آپٹو الیکٹرانکس کے ضم ہونے کے طریقے میں انقلاب لانے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ اس کے نتیجے میں، سستی الٹرا فاسٹ کمپیوٹر نیٹ ورکس اور امیجنگ ٹیکنالوجی میں خاطر خواہ چھلانگ لگانے کی راہ ہموار ہو سکتی ہے۔