Për optoelektronikën me bazë silikoni, fotodetektorët e silikonit
Fotodetektorëkonvertojnë sinjalet e dritës në sinjale elektrike, dhe ndërsa shpejtësitë e transferimit të të dhënave vazhdojnë të përmirësohen, fotodetektorët me shpejtësi të lartë të integruar me platforma optoelektronike me bazë silikoni janë bërë çelësi për qendrat e të dhënave dhe rrjetet e telekomunikacionit të gjeneratës së ardhshme. Ky artikull do të ofrojë një pasqyrë të fotodetektorëve të përparuar me shpejtësi të lartë, me theks në germaniumin me bazë silikoni (fotodetektor Ge ose Si).fotodetektorë silikonipër teknologjinë e integruar të optoelektronikës.
Germaniumi është një material tërheqës për zbulimin e dritës afër infra të kuqe në platformat e silikonit sepse është i pajtueshëm me proceset CMOS dhe ka thithje jashtëzakonisht të fortë në gjatësitë e valëve të telekomunikacionit. Struktura më e zakonshme e fotodetektorit Ge/Si është dioda pin, në të cilën germaniumi i brendshëm është i vendosur midis rajoneve të tipit P dhe tipit N.
Struktura e pajisjes Figura 1 tregon një kunj tipik vertikal Ge oseFotodetektor Sistrukturë:
Karakteristikat kryesore përfshijnë: shtresën thithëse të germaniumit të rritur në substratin e silikonit; Përdoret për të mbledhur kontaktet p dhe n të bartësve të ngarkesës; Lidhjen valëpërçuese për thithje efikase të dritës.
Rritja epitaksiale: Rritja e germaniumit me cilësi të lartë në silikon është sfiduese për shkak të mospërputhjes prej 4.2% të rrjetës midis dy materialeve. Zakonisht përdoret një proces rritjeje me dy hapa: rritje e shtresës tampon në temperaturë të ulët (300-400°C) dhe depozitim i germaniumit në temperaturë të lartë (mbi 600°C). Kjo metodë ndihmon në kontrollin e zhvendosjeve të filetosjes të shkaktuara nga mospërputhjet e rrjetës. Pjekja pas rritjes në 800-900°C zvogëlon më tej dendësinë e zhvendosjeve të filetosjes në rreth 10^7 cm^-2. Karakteristikat e performancës: Fotodetektori më i përparuar Ge/Si PIN mund të arrijë: reagim, > 0.8A/W në 1550 nm; Gjerësia e brezit, >60 GHz; Rryma e errët, <1 μA në polarizimin -1 V.
Integrimi me platformat optoelektronike të bazuara në silikon
Integrimi ifotodetektorë me shpejtësi të lartëMe platforma optoelektronike të bazuara në silikon, mundësohen marrës-transmetues dhe ndërlidhës optikë të përparuar. Dy metodat kryesore të integrimit janë si më poshtë: Integrimi nga front-end (FEOL), ku fotodetektori dhe transistori prodhohen njëkohësisht në një substrat silikoni që lejon përpunimin në temperaturë të lartë, por që zë një sipërfaqe të çipit. Integrimi nga back-end (BEOL). Fotodetektorët prodhohen sipër metalit për të shmangur ndërhyrjen me CMOS, por janë të kufizuar në temperatura më të ulëta përpunimi.
Figura 2: Reagueshmëria dhe gjerësia e brezit të një fotodetektori Ge/Si me shpejtësi të lartë
Aplikacioni i qendrës së të dhënave
Fotodetektorët me shpejtësi të lartë janë një komponent kyç në gjeneratën e ardhshme të ndërlidhjes së qendrave të të dhënave. Zbatimet kryesore përfshijnë: marrës-transmetues optikë: 100G, 400G dhe shpejtësi më të larta, duke përdorur modulimin PAM-4; Afotodetektor me bandwidth të lartë(>50 GHz) është e nevojshme.
Qarku i integruar optoelektronik me bazë silikoni: integrimi monolit i detektorit me modulatorin dhe komponentë të tjerë; Një motor optik kompakt dhe me performancë të lartë.
Arkitektura e shpërndarë: ndërlidhja optike midis informatikës së shpërndarë, ruajtjes dhe ruajtjes; Duke nxitur kërkesën për fotodetektorë me efikasitet energjetik dhe me gjerësi të lartë brezi.
Perspektiva e së ardhmes
E ardhmja e fotodetektorëve të integruar optoelektronikë me shpejtësi të lartë do të tregojë trendet e mëposhtme:
Shpejtësi më të larta të të dhënave: Nxitja e zhvillimit të transmetuesve marrës 800G dhe 1.6T; Nevojiten fotodetektorë me gjerësi bande më të madhe se 100 GHz.
Integrim i përmirësuar: Integrim me një çip të vetëm të materialit III-V dhe silikonit; Teknologji e përparuar e integrimit 3D.
Materiale të reja: Eksplorimi i materialeve dy-dimensionale (siç është grafeni) për zbulimin ultra të shpejtë të dritës; Një aliazh i ri i Grupit IV për mbulim të zgjeruar të gjatësisë së valës.
Zbatime në zhvillim: LiDAR dhe zbatime të tjera të sensorëve po nxisin zhvillimin e APD; zbatime të fotoneve me mikrovalë që kërkojnë fotodetektorë me linearitet të lartë.
Fotodetektorët me shpejtësi të lartë, veçanërisht fotodetektorët Ge ose Si, janë bërë një nxitës kryesor i optoelektronikës me bazë silikoni dhe komunikimeve optike të gjeneratës së ardhshme. Përparimet e vazhdueshme në materiale, projektimin e pajisjeve dhe teknologjitë e integrimit janë të rëndësishme për të përmbushur kërkesat në rritje të brezit të gjerë të qendrave të të dhënave dhe rrjeteve të telekomunikacionit në të ardhmen. Ndërsa fusha vazhdon të evoluojë, mund të presim të shohim fotodetektorë me brez të gjerë më të lartë, zhurmë më të ulët dhe integrim të përsosur me qarqet elektronike dhe fotonike.
Koha e postimit: 20 janar 2025