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. Il-materjali kollha attwali bbażati fuq is-silikonmodulaturi ottiċihuma bbażati fuq l-effett tat-trasportatur ħieles tal-plażma. Il-bidla fin-numru ta' elettroni ħielsa u toqob f'materjal tas-silikon permezz ta' doping, metodi elettriċi jew ottiċi tista' tbiddel l-indiċi refrattiv kumpless tiegħu, proċess muri fl-ekwazzjonijiet (1,2) miksuba billi twaħħlet dejta minn Soref u Bennett f'tul ta' mewġa ta' 1550 nanometru. Meta mqabbla mal-elettroni, it-toqob jikkawżaw proporzjon akbar tal-bidliet fl-indiċi refrattiv reali u immaġinarju, jiġifieri, jistgħu jipproduċu bidla fil-fażi akbar għal bidla fit-telf partikolari, għalhekk fiModulaturi Mach-Zehnderu modulaturi taċ-ċrieki, ġeneralment huwa preferut li jintużaw toqob biex isirumodulaturi tal-fażi.
Id-diversimodulatur tas-silikon (Si)It-tipi huma murija fil-Figura 10A. F'modulatur ta' injezzjoni ta' trasportatur, id-dawl jinsab fis-silikon intrinsiku f'ġonta tal-pin wiesgħa ħafna, u l-elettroni u t-toqob jiġu injettati. Madankollu, modulaturi bħal dawn huma aktar bil-mod, tipikament b'bandwidth ta' 500 MHz, għaliex l-elettroni ħielsa u t-toqob jieħdu aktar żmien biex jerġgħu jingħaqdu wara l-injezzjoni. Għalhekk, din l-istruttura ħafna drabi tintuża bħala attenwatur ottiku varjabbli (VOA) aktar milli modulatur. F'modulatur ta' tnaqqis ta' trasportatur, il-porzjon tad-dawl jinsab f'ġonta pn dejqa, u l-wisa' tat-tnaqqis tal-ġonta pn tinbidel minn kamp elettriku applikat. Dan il-modulatur jista' jopera b'veloċitajiet li jaqbżu l-50Gb/s, iżda għandu telf għoli ta' inserzjoni fl-isfond. Il-vpil tipiku huwa 2 V-cm. Modulatur ta' semikonduttur tal-ossidu tal-metall (MOS) (fil-fatt semikonduttur-ossidu-semikonduttur) fih saff irqiq ta' ossidu f'ġonta pn. Jippermetti xi akkumulazzjoni ta' trasportaturi kif ukoll tnaqqis ta' trasportaturi, li jippermetti VπL iżgħar ta' madwar 0.2 V-cm, iżda għandu l-iżvantaġġ ta' telf ottiku ogħla u kapaċitanza ogħla għal kull unità ta' tul. Barra minn hekk, hemm modulaturi tal-assorbiment elettriku SiGe bbażati fuq il-moviment tat-tarf tal-medda SiGe (liga tas-silikon Ġermanju). Barra minn hekk, hemm modulaturi tal-grafene li jiddependu fuq il-grafene biex jaqilbu bejn metalli assorbenti u iżolaturi trasparenti. Dawn juru d-diversità tal-applikazzjonijiet ta' mekkaniżmi differenti biex tinkiseb modulazzjoni tas-sinjal ottiku b'veloċità għolja u telf baxx.
Figura 10: (A) Dijagramma trasversali ta' diversi disinji ta' modulaturi ottiċi bbażati fuq is-silikon u (B) dijagramma trasversali ta' disinji ta' ditekters ottiċi.
Diversi ditekters tad-dawl ibbażati fuq is-silikon huma murija fil-Figura 10B. Il-materjal assorbenti huwa l-ġermanju (Ge). Il-Ge huwa kapaċi jassorbi d-dawl f'tul ta' mewġ sa madwar 1.6 mikron. Fuq ix-xellug murija hija l-istruttura tal-pinnijiet li kisbet l-aktar suċċess kummerċjali llum. Hija magħmula minn silikon iddoppjat tat-tip P li fuqu jikber il-Ge. Il-Ge u s-Si għandhom żbilanċ ta' 4% fil-kannizzata, u sabiex jiġi minimizzat id-dislokazzjoni, saff irqiq ta' SiGe l-ewwel jitkabbar bħala saff buffer. Id-doping tat-tip N isir fuq nett tas-saff tal-Ge. Fotodijodu tal-metall-semikonduttur-metall (MSM) huwa muri fin-nofs, u APD (Fotoditekter tal-valangi) hija murija 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 soluzzjoni b'vantaġġi ovvji fl-integrazzjoni tal-qligħ ottiku mal-fotonika tas-silikon. Il-Figura 11 turi diversi għażliet possibbli organizzati skont il-livell ta' assemblaġġ. Fuq ix-xellug nett hemm integrazzjonijiet monolitiċi li jinkludu l-użu ta' ġermanju (Ge) imkabbar epitassjalment bħala materjal ta' qligħ ottiku, gwidi tal-mewġ tal-ħġieġ iddopjati bl-erbju (Er) (bħal Al2O3, li jeħtieġ ippumpjar ottiku), u tikek kwantistiċi tal-arsenidu tal-gallju (GaAs) imkabbra epitassjalment. Il-kolonna li jmiss hija l-assemblaġġ minn wafer għal wafer, li jinvolvi twaħħil ta' ossidu u organiku fir-reġjun tal-qligħ tal-grupp III-V. Il-kolonna li jmiss hija l-assemblaġġ minn ċippa għal wafer, li jinvolvi l-inkorporazzjoni taċ-ċippa tal-grupp III-V fil-kavità tal-wafer tas-silikon u mbagħad il-makkinar tal-istruttura tal-gwida tal-mewġ. Il-vantaġġ ta' dan l-ewwel approċċ bi tliet kolonni huwa li l-apparat jista' jiġi ttestjat kompletament funzjonali ġewwa l-wafer qabel ma jinqata'. Il-kolonna l-aktar fuq il-lemin hija l-assemblaġġ minn ċippa għal ċippa, inkluż l-akkoppjar dirett taċ-ċipep tas-silikon maċ-ċipep tal-grupp III-V, kif ukoll l-akkoppjar permezz ta' couplers tal-lentijiet u l-gradilji. It-tendenza lejn applikazzjonijiet kummerċjali qed timxi 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 jiċċaqlaq lura gradwalment fil-proċess.
Ħin tal-posta: 22 ta' Lulju 2024