تكنولوجيا

الوصلات غير المتجانسة للمواد ثنائية الأبعاد للإلكترونيات الدقيقة “ما بعد مور”

مكشاف ضوئي غير متغاير Van der Waals PN مدمج في الدليل الموجي

الشكل 1. رسم تخطيطي للكاشف الضوئي غير المتماثل فان دير فالس PN متكامل في الدليل الموجي. الائتمان: مركز النشر الخفيف ، معهد تشانغتشون للبصريات ، الميكانيكا الدقيقة والفيزياء ، CAS

تستخدم الدوائر الضوئية المتكاملة (PICs) الفوتونات كناقلات للمعلومات وتتميز بسرعة إرسال عالية جدًا ، وتأخير منخفض ، ومضادة للتداخل الكهرومغناطيسي. يجب أن تحل هذه المزايا مشاكل عنق الزجاجة للرقائق الإلكترونية الدقيقة من حيث السرعة واستهلاك الطاقة وكثافة التكامل. من الأهمية بمكان تعزيز الاختراقات في تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات الكمومية وتكنولوجيا الاستشعار الدقيق في “عصر ما بعد مور”.

حاليًا ، مدفوعًا بتطبيق تكنولوجيا المعلومات ، أحرزت الرقائق الضوئية المتكاملة تقدمًا كبيرًا. على سبيل المثال ، PIC silicon متوافق مع تقنية CMOS الناضجة لإنتاج منخفض التكلفة على نطاق واسع ؛ يمكن أن تتحمل الموافقة المسبقة عن علم لنتريد السيليكون طاقة بصرية عالية بشكل معتدل وأخطاء تصنيع كبيرة ؛ و PIC lithium niobate يمكن أن يحقق التحويرات الكهروضوئية المثالية بجهد منخفض مدفوع وخطية عالية.

ومع ذلك ، فإن إحدى معوقات بلدان جزر المحيط الهادئ هذه هي التكامل الأحادي لأدلة الموجات وأجهزة الكشف الضوئية مع مادة واحدة. لدعم نقل الضوء في الدليل الموجي ، لا تستطيع مواد الموافقة المسبقة عن علم امتصاص الإشارة الضوئية ، مما يجعل من المستحيل صنع جهاز كشف ضوئي متكامل من مادة واحدة. لحل هذه المشكلة ، تم تنفيذ تكامل غير متجانس للمواد الممتصة السائبة (مثل Ge ، III-V أشباه الموصلات المركبة ، إلخ) على بلدان جزر المحيط الهادئ. على الرغم من أنه لا يزال يواجه تحديات مفتوحة مثل التكاليف المرتفعة وعمليات التصنيع المعقدة ومشكلات واجهة الأجهزة.

محاذاة نطاقات التوصيل المتغاير BP / MoTe2 PN

الشكل 2. محاذاة النطاق للوصلة غير المتجانسة BP / MoTe2 PN في حالة التوازن الحراري (اللوحة اليسرى) ؛ صورة بالمجهر الضوئي للجهاز المصطنع (اللوحة اليمنى). الائتمان: مركز النشر الخفيف ، معهد تشانغتشون للبصريات ، الميكانيكا الدقيقة والفيزياء ، CAS

في الآونة الأخيرة ، ظهرت المواد ثنائية الأبعاد (2D) كمواد جذابة لامتصاص الفوتون لأجهزة الكشف الضوئية على الرقاقة. لا تحتوي المواد ثنائية الأبعاد على روابط متدلية السطح ، مما يزيل قيود عدم تطابق الشبكة الشبكية لدمجها مع بلدان جزر المحيط الهادئ. تحتوي عائلة المواد ثنائية الأبعاد على مجموعة متنوعة غنية من الخصائص الإلكترونية والبصرية ، بما في ذلك المواد شبه المعدنية الجرافين، نيتريد البورون العازل ، ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية شبه الموصلة والفوسفور الأسود. وفقًا لذلك ، يمكن إنشاء أجهزة كشف ضوئية على الرقاقة تعمل في نطاقات طيفية مختلفة عن طريق اختيار مواد 2D مناسبة.

في مقال جديد نشر في المجلة علوم الضوء وتطبيقاتها في 20 أبريل 2022 ، قام فريق بحث بقيادة البروفيسور Xuetao Gan من المختبر الرئيسي للتلاعب بالضوء واكتساب المعلومات ، وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات ، والمختبر الرئيسي لشنشي لتكنولوجيا المعلومات البصرية ، كلية العلوم الفيزيائية و ذكرت جامعة نورث وسترن تشاينا بوليتكنيك للتكنولوجيا أن دمج تباينات van der Waals PN لمواد ثنائية الأبعاد على أدلة الموجات الضوئية يمكن أن توفر استراتيجية واعدة لتحقيق أجهزة الكشف الضوئي على الرقاقة مع تيار مظلم منخفض واستجابة عالية وسرعة عالية.

مع الهيكل ثنائي الأبعاد وغياب الروابط المتدلية ، يمكن للباحثين تكديس المواد ثنائية الأبعاد بخصائص مختلفة بترتيب مختلف عن طريق “تكديس الخشب” لتشكيل هياكل فان دير فالس غير المتجانسة بواجهات مسطحة ذريًا. لا يمكن أن تعطي “التركيبة التعسفية” لترابطات van der Waals غير المتجانسة مزايا خصائص مادة واحدة فحسب ، بل تولد أيضًا خصائص جديدة ، وتحقق قفزة قدرها 1 + 1> 2 ، كما هو موضح في الشكل 1.

في هذا البحث ، استفاد الباحثون بشكل كامل من مخدر p-doped الطبيعي و MoTe n-doped2 للتكديس غير المتجانسة وتصنيعها بنجاح متغاير van der Waals PN.

ثانيًا ، نظرًا لعدم وجود روابط متدلية على سطح المواد ثنائية الأبعاد ، مقارنةً بأشباه الموصلات التقليدية ، لا تحتاج المواد ثنائية الأبعاد إلى مراعاة عدم تطابق الشبكة عند التكامل مع العديد من منصات التكامل الضوئية.

أخيرًا ، يمكن أيضًا دمج إعداد أقطاب تصريف المصدر على منصة الضوئيات بفضل تقنية “تكديس الخشب” ووضعها على جانبي المادة ، بدون عمليات ثقيلة مثل الطباعة الحجرية الضوئية.

كما أنه يبسط إلى حد كبير عملية تصنيع الجهاز ، متجنبًا تلوث واجهة الجهاز في عمليات مثل الطباعة الحجرية الضوئية ، مما يحسن أداء الجهاز بشكل كبير.

المرجع: “كاشف ضوئي متغاير على رقاقة فان دير فالس PN مع تيار مظلم منخفض وحساسية عالية” بقلم رويجوان تيان ، زويتاو غان ، تشين لي ، شياو تشينغ تشين ، سيكي هو ، لينبينج جو ، دريس فان ثورهوت ، أندريس كاستيلانوس-جوميز ، Zhipei Sun و Jianlin Zhao ، 20 أبريل 2022 ، النور: العلم والتطبيقات.
DOI: 10.1038 / s41377-022-00784-x


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button