Международная группа ученых в рамках программы Евросоюза (ЕС) Graphene Flagship разработала технологию создания бюджетных графен-кремниевых фотодетекторов повышенной чувствительности. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.
Производство нового типа фотодетекторов основано на технологии локального окисления кремния (LOCOS). На первом этапе кремниевый полупроводниковый слой p-типа толщиной 340 нанометров размещается на подложке из углубленного оксида (BOX). Затем с помощью плазменно-химического осаждения на подложку помещается временный 100-нанометровый слой нанокластеров кремния с канавками. Канавки подвергаются окислению жидким кислородом для формирования диоксида кремния, при этом нанокластеры защищают основной слой от рассеяния кислорода и впоследствии удаляются фосфорной кислотой. Омический контакт полупроводникового слоя с металлом обеспечивается за счет сплавления слоя с алюминием, а графен — в результате отжига и охлаждения в вакууме слоя золота толщиной в 35 мю-метров.
Как сообщается в пресс-релизе проекта, такая методика позволяет создавать фотодетекторы на основе барьера Шоттки с кремниевым волноводом пониженного расходования мощности (около 3 децибел на сантиметр). Испытания показали, что графеновые фотодетекторы достигают чувствительности в 0,37 ампер на ватт поступающего на фотодиод света при длине пучка в 1,55 микрометра. Этот показатель сравним с германий-кремниевыми детекторами, которые широко применяются в фотонике в настоящее время.
«Наши результаты подтверждают конкурентоспособность графена как элемента устройств, производство которых может быть проще и выгоднее. Кроме того, подобная техника будет работать с волнами разной длины», — заявил профессор Кембриджского университета (Великобритания) Андрэ Феррари, добавив, что графен также отличается высоким уровнем энергосбережения.
В ближайшие годы исследователи намерены перейти от графеновых фотодетекторов к оптическим модуляторам. Ожидается, что успешное создание модулятора на основе графена замкнет экспериментальный цикл по разработке оптической телекоммуникационной системы с низким потреблением энергии.
Программа Graphene Flagship была запущена в 2013 году и рассчитана на десять лет. Ее задачей является изучение и внедрение графена и связанных с ним технологий на общедоступный потребительский рынок. Ежегодное финансирование проекта со стороны Еврокомиссии (ЕК) оценивается в 1 млрд евро. Участие в программе принимают 126 научных учреждений из 17 стран.
