Element Attiv tal-Fotonika tas-Silikon
Komponenti attivi tal-fotoniċi jirreferu speċifikament għal interazzjonijiet dinamiċi ddisinjati intenzjonalment bejn id-dawl u l-materja. Komponent attiv tipiku tal-fotonika huwa modulatur ottiku. Ibbażat fuq is-silikon kurrenti kollhaModulaturi ottiċihuma bbażati fuq l-effett ta 'trasportatur ħieles mill-plażma. Li tbiddel in-numru ta 'elettroni u toqob ħielsa f'materjal tas-silikon permezz ta' doping, metodi elettriċi jew ottiċi tista 'tbiddel l-indiċi ta' rifrazzjoni kumpless tagħha, proċess muri fl-ekwazzjonijiet (1,2) miksub billi twaħħal id-dejta minn Soref u Bennett f'tul ta 'mewġa ta' 1550 nanometri. Meta mqabbel ma 'l-elettroni, it-toqob jikkawżaw proporzjon akbar tal-bidliet ta' indiċi ta 'rifrazzjoni reali u immaġinarja, jiġifieri, jistgħu jipproduċu bidla ta' fażi akbar għal bidla ta 'telf partikolari, hekkModulaturi Mach-Zehnderu modulaturi taċ-ċirku, ġeneralment huwa preferut li tuża toqob biex tagħmelmodulaturi tal-fażi.
Id-diversiModulatur tas-Silikon (SI)It-tipi huma murija fil-Figura 10A. F'modulatur ta 'injezzjoni ta' trasportatur, id-dawl jinsab f'silikon intrinsiku f'ġunzjoni wiesgħa ħafna, u l-elettroni u t-toqob huma injettati. Madankollu, modulaturi bħal dawn huma aktar bil-mod, tipikament b'wisa 'tal-frekwenza ta' 500 MHz, minħabba li elettroni u toqob b'xejn jieħdu aktar żmien biex jerġgħu jimmiraw wara l-injezzjoni. Għalhekk, din l-istruttura ta 'spiss tintuża bħala attenwatur ottiku varjabbli (VOA) aktar milli modulatur. Fil-modulatur tat-tnaqqis tal-ġarr, il-porzjon tad-dawl jinsab f'ġunzjoni PN dejqa, u l-wisa 'tat-tnaqqis tal-junction PN hija mibdula minn kamp elettriku applikat. Dan il-modulatur jista 'jopera b'veloċitajiet ta' aktar minn 50GB / s, iżda għandu telf għoli ta 'inserzjoni fl-isfond. Il-VPIL tipiku huwa 2 V-CM. Modulatur ta 'semikondutturi ta' ossidu tal-metall (MOS) (attwalment semikonduttur-ossidu-semikonduttur) fih saff ta 'ossidu rqiq f'ġunzjoni PN. Jippermetti xi akkumulazzjoni ta 'trasportatur kif ukoll tnaqqis ta' trasportatur, li jippermetti VπL iżgħar ta 'madwar 0.2 V-CM, iżda għandu l-iżvantaġġ ta' telf ottiku ogħla u kapaċitanza ogħla għal kull tul ta 'unità. Barra minn hekk, hemm modulaturi ta 'assorbiment elettriċi SIGE bbażati fuq il-moviment tat-tarf tas-sige (silicon gerinum liga). Barra minn hekk, hemm modulaturi tal-grafena li jiddependu fuq il-grafena biex jaqilbu bejn metalli li jassorbu u iżolaturi trasparenti. Dawn juru d-diversità ta 'applikazzjonijiet ta' mekkaniżmi differenti biex tinkiseb modulazzjoni ta 'sinjali ottiċi b'veloċità għolja.
Figura 10: (a) Dijagramma ta 'sezzjoni trasversali ta' diversi disinji ta 'modulatur ottiku bbażati fuq is-silikon u (b) dijagramma ta' sezzjoni trasversali ta 'disinji ta' ditekter ottiċi.
Diversi ditekters tad-dawl ibbażati fuq is-silikon huma murija fil-Figura 10B. Il-materjal li jassorbi huwa l-ġermanju (GE). GE huwa kapaċi jassorbi d-dawl f'tulijiet ta 'mewġ' l isfel għal madwar 1.6 mikron. Muri fuq ix-xellug hija l-iktar struttura tal-brilli ta 'suċċess kummerċjalment illum. Huwa magħmul minn silikon doped tat-tip P li fuqu tikber il-GE. GE u SI għandhom nuqqas ta 'qbil ta' kannizzata ta '4%, u sabiex jiġu minimizzati d-diżlokazzjoni, saff irqiq ta' SiGE huwa l-ewwel imkabbar bħala saff buffer. Id-doping tat-tip N isir fuq in-naħa ta 'fuq tas-saff GE. Photodiode tal-metall-semikondutturi tal-metall (MSM) huwa muri fin-nofs, u APD (Fotodetettur tal-Avalanche) huwa muri fuq il-lemin. Ir-reġjun tal-valanga fl-APD jinsab fis-SI, li għandu karatteristiċi tal-ħoss aktar baxxi meta mqabbel mar-reġjun tal-valanga fil-materjali elementari tal-grupp III-V.
Fil-preżent, m'hemm l-ebda soluzzjonijiet b'vantaġġi ovvji fl-integrazzjoni ta 'qligħ ottiku ma' fotonika tas-silikon. Il-Figura 11 turi bosta għażliet possibbli organizzati skont il-livell tal-assemblaġġ. Fuq ix-xellug huma integrazzjonijiet monolitiċi li jinkludu l-użu ta 'ġermanju mkabbar epitaxjali (GE) bħala materjal ta' qligħ ottiku, gwidi tal-mewġ tal-ħġieġ (ER) (ER) (bħal Al2O3, li jeħtieġ ippumpjar ottiku), u epitaxjalment imkabbra arsenide tal-gallju (GAAS). Il-kolonna li jmiss hija wejfer għall-assemblaġġ tal-wejfer, li tinvolvi ossidu u twaħħil organiku fir-reġjun tal-qligħ tal-grupp III-V. Il-kolonna li jmiss hija l-assemblaġġ chip-to-wafer, li jinvolvi li tinkorpora ċ-ċippa tal-grupp III-V fil-kavità tal-wejfer tas-silikon u mbagħad bil-makkinarju tal-istruttura tal-mewġ. Il-vantaġġ ta 'dan l-ewwel tliet approċċ tal-kolonna huwa li l-apparat jista' jiġi ttestjat kompletament fil-wejfer qabel ma taqta '. L-iktar kolonna tal-lemin hija l-assemblaġġ chip-to-chip, inkluż akkoppjar dirett ta 'ċipep tas-silikon ma' ċipep tal-grupp III-V, kif ukoll akkoppjar permezz ta 'lenti u couplers tal-ħakk. Ix-xejra lejn applikazzjonijiet kummerċjali miexja mil-lemin għan-naħa tax-xellug taċ-ċart lejn soluzzjonijiet aktar integrati u integrati.
Figura 11: Kif il-qligħ ottiku huwa integrat fil-fotonika bbażata fuq is-silikon. Hekk kif timxi mix-xellug għal-lemin, il-punt ta 'inserzjoni tal-manifattura jimxi gradwalment lura fil-proċess.
Ħin ta 'wara: 22 ta' Lulju-2024