Għal optoelettronika bbażata fuq is-silikon, fotoditekters tas-silikon
Fotodetetturijikkonvertu sinjali tad-dawl f'sinjali elettriċi, u hekk kif ir-rati tat-trasferiment tad-dejta jkomplu jitjiebu, fotoditekters b'veloċità għolja integrati ma' pjattaformi optoelettroniċi bbażati fuq is-silikon saru essenzjali għaċ-ċentri tad-dejta u n-netwerks tat-telekomunikazzjoni tal-ġenerazzjoni li jmiss. Dan l-artikolu se jipprovdi ħarsa ġenerali lejn fotoditekters avvanzati b'veloċità għolja, b'enfasi fuq il-ġermanju bbażat fuq is-silikon (fotoditekter Ge jew Si)fotoditekters tas-silikongħat-teknoloġija optoelettronika integrata.
Il-ġermanju huwa materjal attraenti għad-detezzjoni tad-dawl qrib l-infra-aħmar fuq pjattaformi tas-silikon għaliex huwa kompatibbli mal-proċessi CMOS u għandu assorbiment estremament qawwi fit-tul tal-mewġ tat-telekomunikazzjoni. L-aktar struttura komuni ta' fotoditekter Ge/Si hija d-dijodu pin, fejn il-ġermanju intrinsiku huwa mdaħħal bejn ir-reġjuni tat-tip P u tat-tip N.
Struttura tal-apparat Figura 1 turi pin vertikali tipiku Ge jewFotoditekter tas-Sistruttura:
Il-karatteristiċi ewlenin jinkludu: saff li jassorbi l-ġermanju mkabbar fuq sottostrat tas-silikon; Użat biex jiġbor il-kuntatti p u n tat-trasportaturi tal-ċarġ; Akkoppjar tal-gwida tal-mewġ għal assorbiment effiċjenti tad-dawl.
Tkabbir epitassjali: It-tkabbir ta' ġermanju ta' kwalità għolja fuq is-silikon huwa ta' sfida minħabba n-nuqqas ta' qbil tal-kannizzata ta' 4.2% bejn iż-żewġ materjali. Normalment jintuża proċess ta' tkabbir f'żewġ stadji: tkabbir ta' saff buffer f'temperatura baxxa (300-400°C) u depożizzjoni ta' ġermanju f'temperatura għolja ('il fuq minn 600°C). Dan il-metodu jgħin biex jikkontrolla d-dislokazzjonijiet tal-kamin ikkawżati minn nuqqasijiet ta' qbil tal-kannizzata. It-temprar wara t-tkabbir fi 800-900°C inaqqas aktar id-densità tad-dislokazzjoni tal-kamin għal madwar 10^7 cm^-2. Karatteristiċi tal-prestazzjoni: L-aktar fotoditekter PIN Ge/Si avvanzat jista' jikseb: rispons, > 0.8A /W f'1550 nm; Wisa' tal-banda, >60 GHz; Kurrent fid-dlam, <1 μA f'polarizzazzjoni ta' -1 V.
Integrazzjoni ma' pjattaformi optoelettroniċi bbażati fuq is-silikon
L-integrazzjoni ta'fotoditekters ta' veloċità għoljabi pjattaformi optoelettroniċi bbażati fuq is-silikon jippermettu transceivers u interkonnessjonijiet ottiċi avvanzati. Iż-żewġ metodi ewlenin ta' integrazzjoni huma kif ġej: Integrazzjoni front-end (FEOL), fejn il-fotodetector u t-transistor huma manifatturati simultanjament fuq sottostrat tas-silikon li jippermetti l-ipproċessar f'temperatura għolja, iżda jieħdu ż-żona taċ-ċippa. Integrazzjoni back-end (BEOL). Il-fotodetectors huma manifatturati fuq il-metall biex tiġi evitata l-interferenza mas-CMOS, iżda huma limitati għal temperaturi ta' proċessar aktar baxxi.
Figura 2: Ir-rispons u l-bandwidth ta' fotoditekter Ge/Si b'veloċità għolja
Applikazzjoni taċ-ċentru tad-dejta
Il-fotodetekters b'veloċità għolja huma komponent ewlieni fil-ġenerazzjoni li jmiss ta' interkonnessjoni taċ-ċentri tad-dejta. L-applikazzjonijiet ewlenin jinkludu: transceivers ottiċi: rati ta' 100G, 400G u ogħla, bl-użu tal-modulazzjoni PAM-4; Afotoditekter b'bandwidth għoli(>50 GHz) hija meħtieġa.
Ċirkwit integrat optoelettroniku bbażat fuq is-silikon: integrazzjoni monolitika tad-ditekter mal-modulatur u komponenti oħra; Magna ottika kompatta u ta' prestazzjoni għolja.
Arkitettura distribwita: interkonnessjoni ottika bejn il-komputazzjoni distribwita, il-ħażna, u l-ħażna; Tmexxija tad-domanda għal fotoditekters effiċjenti fl-enerġija u b'bandwidth għoli.
Prospettivi futuri
Il-futur tad-ditekters optoelettroniċi integrati ta' veloċità għolja se juri x-xejriet li ġejjin:
Rati tad-dejta ogħla: Sewqan tal-iżvilupp ta' transceivers ta' 800G u 1.6T; Huma meħtieġa fotodetekters b'bandwidths akbar minn 100 GHz.
Integrazzjoni mtejba: Integrazzjoni ta' ċippa waħda ta' materjal III-V u silikon; Teknoloġija avvanzata ta' integrazzjoni 3D.
Materjali ġodda: Esplorazzjoni ta' materjali bidimensjonali (bħall-grafene) għal skoperta ta' dawl ultraveloċi; Liga ġdida tal-Grupp IV għal kopertura ta' wavelength estiża.
Applikazzjonijiet emerġenti: L-LiDAR u applikazzjonijiet oħra ta' sensing qed imexxu l-iżvilupp tal-APD; Applikazzjonijiet ta' fotoni tal-microwave li jeħtieġu fotoditekters ta' linearità għolja.
Fotoditekters b'veloċità għolja, speċjalment fotoditekters Ge jew Si, saru mutur ewlieni tal-optoelettronika bbażata fuq is-silikon u l-komunikazzjonijiet ottiċi tal-ġenerazzjoni li jmiss. Avvanzi kontinwi fil-materjali, id-disinn tal-apparati, u t-teknoloġiji ta' integrazzjoni huma importanti biex jissodisfaw id-domandi dejjem jikbru tal-bandwidth taċ-ċentri tad-dejta u n-netwerks tat-telekomunikazzjoni futuri. Hekk kif il-qasam ikompli jevolvi, nistgħu nistennew li naraw fotoditekters b'bandwidth ogħla, inqas storbju, u integrazzjoni bla xkiel maċ-ċirkwiti elettroniċi u fotoniċi.
Ħin tal-posta: 20 ta' Jannar 2025