Element attiv tal-fotonika tas-silikon
Il-komponenti attivi tal-fotonika jirreferu speċifikament għal interazzjonijiet dinamiċi ddisinjati intenzjonalment bejn id-dawl u l-materja. Komponent attiv tipiku tal-fotonika huwa modulatur ottiku. Kollha kurrenti bbażati fuq is-silikonmodulaturi ottiċihuma bbażati fuq l-effett trasportatur ħieles mill-plażma. It-tibdil tan-numru ta 'elettroni u toqob ħielsa f'materjal tas-silikon permezz ta' metodi tad-doping, elettriċi jew ottiċi jista 'jbiddel l-indiċi refrattiv kumpless tiegħu, proċess muri fl-ekwazzjonijiet (1,2) miksuba bit-twaħħil tad-dejta minn Soref u Bennett f'wavelength ta' 1550 nanometru. . Meta mqabbla ma 'elettroni, toqob jikkawżaw proporzjon akbar tal-bidliet fl-indiċi ta' rifrazzjoni reali u immaġinarji, jiġifieri, jistgħu jipproduċu bidla fil-fażi akbar għal bidla ta 'telf partikolari, għalhekk f'Modulaturi Mach-Zehnderu modulaturi taċ-ċirku, huwa ġeneralment preferut li tuża toqob biex tagħmelmodulaturi tal-fażi.
Id-diversimodulatur tas-silikon (Si).tipi huma murija fil-Figura 10A. F'modulatur ta 'injezzjoni carrier, id-dawl jinsab fis-silikon intrinsiku f'junction pin wiesgħa ħafna, u l-elettroni u t-toqob huma injettati. Madankollu, modulaturi bħal dawn huma aktar bil-mod, tipikament b'bandwidth ta '500 MHz, minħabba li l-elettroni ħielsa u t-toqob jieħdu aktar żmien biex jerġgħu jikkombinaw wara l-injezzjoni. Għalhekk, din l-istruttura spiss tintuża bħala attenwatur ottiku varjabbli (VOA) aktar milli modulatur. F'modulatur tat-tnaqqis tal-ġarr, il-porzjon tad-dawl jinsab f'junction pn dejqa, u l-wisa 'tal-junction pn tinbidel b'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 semikonduttur tal-ossidu tal-metall (MOS) (attwalment semikonduttur-ossidu-semikonduttur) fih saff irqiq tal-ossidu f'junction 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 kapaċità ogħla għal kull unità ta 'tul. Barra minn hekk, hemm modulaturi ta 'assorbiment elettriku SiGe bbażati fuq moviment tat-tarf tal-faxxa SiGe (liga tas-silikon tal-Ġermanja). Barra minn hekk, hemm modulaturi tal-grafin li jiddependu fuq il-grafen biex jaqilbu bejn metalli li jassorbu u iżolaturi trasparenti. Dawn juru d-diversità ta 'applikazzjonijiet ta' mekkaniżmi differenti biex tinkiseb modulazzjoni tas-sinjal ottiku b'veloċità għolja u b'telf baxx.
Figura 10: (A) Dijagramma ta 'sezzjoni trasversali ta' diversi disinji ta 'modulaturi ottiċi bbażati fuq is-silikon u (B) dijagramma ta' sezzjoni trasversali ta 'disinji ta' detector ottiku.
Diversi ditekters tad-dawl ibbażati fuq is-silikon huma murija fil-Figura 10B. Il-materjal li jassorbi huwa ġermanju (Ge). Ge huwa kapaċi jassorbi d-dawl f'tul ta 'mewġ sa madwar 1.6 mikron. Fuq ix-xellug tidher l-istruttura tal-pin l-aktar kummerċjalment ta 'suċċess illum. Huwa magħmul minn silikon drogat tat-tip P li fuqu tikber Ge. Ge u Si għandhom nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata ta' 4%, u sabiex tiġi minimizzata d-dislokazzjoni, saff irqiq ta 'SiGe l-ewwel jitkabbar bħala saff buffer. Doping tat-tip N isir fuq in-naħa ta 'fuq tas-saff Ge. Fotodijodu tal-metall-semikondutturi-metall (MSM) huwa muri fin-nofs, u APD (Photodetector valanga) tidher fuq il-lemin. Ir-reġjun tal-valanga fl-APD jinsab f'Si, li għandu karatteristiċi ta 'storbju aktar baxxi meta mqabbel mar-reġjun tal-valanga fil-materjali elementali tal-Grupp III-V.
Fil-preżent, m'hemm l-ebda soluzzjonijiet b'vantaġġi ovvji fl-integrazzjoni tal-gwadann ottiku bil-fotonika tas-silikon. Il-Figura 11 turi diversi għażliet possibbli organizzati skont il-livell tal-assemblaġġ. Fuq in-naħa tax-xellug hemm integrazzjonijiet monolitiċi li jinkludu l-użu ta 'ġermanju (Ge) imkabbar b'mod epitassjali bħala materjal ta' gwadann ottiku, gwidi tal-mewġ tal-ħġieġ erbju-doped (Er) (bħal Al2O3, li jeħtieġ ippumpjar ottiku), u arsenide tal-gallju mkabbar b'mod epitassjali (GaAs). ) tikek quantum. Il-kolonna li jmiss hija assemblaġġ ta 'wejfer għal wejfer, li jinvolvi ossidu u twaħħil organiku fir-reġjun tal-gwadann tal-grupp III-V. Il-kolonna li jmiss hija assemblaġġ ta 'ċippa għal wejfer, li tinvolvi l-inkorporazzjoni taċ-ċippa tal-grupp III-V fil-kavità tal-wejfer tas-silikon u mbagħad timmanifattura l-istruttura tal-gwida tal-mewġ. Il-vantaġġ ta 'dan l-approċċ ta' l-ewwel tliet kolonni huwa li l-apparat jista 'jiġi ttestjat kompletament funzjonali ġewwa l-wejfer qabel ma jaqta'. L-iktar kolonna tal-lemin hija assemblaġġ ta 'ċippa għal ċippa, inkluż igganċjar dirett ta' ċipep tas-silikon ma 'ċipep tal-grupp III-V, kif ukoll igganċjar permezz ta' lenti u grating couplers. It-tendenza lejn applikazzjonijiet kummerċjali qed timxi mil-lemin għax-xellug tat-tabella lejn soluzzjonijiet aktar integrati u integrati.
Figura 11: Kif il-gwadann ottiku huwa integrat fil-fotonika bbażata fuq is-silikon. Hekk kif timxi mix-xellug għal-lemin, il-punt ta 'inserzjoni tal-manifattura gradwalment jimxi lura fil-proċess.
Ħin tal-post: Lulju-22-2024