Photonics Silicon Element aktiv

Photonics Silicon Element aktiv

Komponentët aktivë të fotonikës i referohen posaçërisht ndërveprimeve dinamike të dizajnuara me qëllim midis dritës dhe materies. Një komponent tipik aktiv i fotonikës është një modulues optik. Të gjitha silikoni aktual i bazuarmodulatorë optikëbazohen në efektin e bartësit pa plazma. Ndryshimi i numrit të elektroneve dhe vrimave të lira në një material silikoni duke e bërë doping, metodat elektrike ose optike mund të ndryshojnë indeksin e tij kompleks refraktiv, një proces i treguar në ekuacionet (1,2) të marra duke vendosur të dhëna nga Soref dhe Bennett në një gjatësi vale 1550 nanometra. Krahasuar me elektronet, vrimat shkaktojnë një pjesë më të madhe të ndryshimeve të indeksit refraktiv real dhe imagjinar, domethënë ato mund të prodhojnë një ndryshim më të madh fazor për një ndryshim të caktuar të humbjes, kështu që nëModulatorë Mach-Zehnderdhe moduluesit e unazave, zakonisht preferohet të përdorë vrima për të bërëmoduluesit e fazës.

Të ndryshmeModulator i silikonit (SI)Llojet tregohen në figurën 10a. Në një modulues të injektimit të bartësit, drita është e vendosur në silikon të brendshëm brenda një kryqëzimi shumë të gjerë, dhe elektronet dhe vrimat injektohen. Sidoqoftë, modulatorë të tillë janë më të ngadaltë, zakonisht me një gjerësi bande prej 500 MHz, sepse elektronet dhe vrimat e lira kërkojnë më shumë kohë për të rekombinuar pas injektimit. Prandaj, kjo strukturë shpesh përdoret si një zbutës optik i ndryshueshëm (VOA) sesa një modulues. Në një modulues të varfërimit të bartësit, pjesa e dritës është e vendosur në një kryqëzim të ngushtë PN, dhe gjerësia e varfërimit të kryqëzimit PN ndryshohet nga një fushë elektrike e aplikuar. Ky modulues mund të funksionojë me shpejtësi më të madhe se 50 GB/s, por ka një humbje të lartë të futjes në sfond. VPIL tipik është 2 V-CM. Një modulues i oksidit metalik (MOS) (në të vërtetë gjysmëpërçues-oksid-semipër-semipërcues) përmban një shtresë të hollë oksidi në një kryqëzim PN. Ai lejon një akumulim të bartësit, si dhe varfërimin e bartësit, duke lejuar një vπl më të vogël prej rreth 0.2 v-cm, por ka disavantazhin e humbjeve optike më të larta dhe kapacitetit më të lartë për gjatësinë e njësisë. Përveç kësaj, ekzistojnë modulues të thithjes elektrike SiGE bazuar në lëvizjen e brezit të brezit SiGE (Silicon Germeroyum). Përveç kësaj, ka modulues të grafenit që mbështeten në grafen për të kaluar midis metaleve thithëse dhe izoluesve transparentë. Këto demonstrojnë larminë e aplikimeve të mekanizmave të ndryshëm për të arritur modulimin e sinjalit optik me shpejtësi të lartë, me humbje të ulët.

Figura 10: (a) Diagrami kryq seksional i modeleve të ndryshme të modulatorit optik të bazuar në silikon dhe (b) diagramin ndër-seksional të modeleve të detektorit optik.

Disa detektorë të dritës me bazë silikoni janë paraqitur në figurën 10b. Materiali thithës është germanium (GE). GE është në gjendje të thithë dritën në gjatësi vale deri në rreth 1.6 mikron. Shfaqur në të majtë është struktura më e suksesshme e PIN -it më e suksesshme sot. Isshtë i përbërë nga silikoni i doped i tipit P mbi të cilin rritet GE. GE dhe SI kanë një mospërputhje të grilave prej 4%, dhe për të minimizuar zhvendosjen, një shtresë e hollë e Sige është rritur së pari si një shtresë tampon. Doping i tipit N kryhet në majën e shtresës GE. Një fotodiodë metalike-semipër-tregtare-metalike (MSM) është treguar në mes, dhe një APD (fotodetektor orteku) tregohet në të djathtë. Rajoni i ortekut në APD është i vendosur në SI, i cili ka karakteristika më të ulëta të zhurmës në krahasim me rajonin e ortekut në materialet elementare të Grupit III-V.

Aktualisht, nuk ka zgjidhje me avantazhe të dukshme në integrimin e fitimit optik me fotonikë silikoni. Figura 11 tregon disa opsione të mundshme të organizuara nga niveli i montimit. Në të majtë të largët janë integrimet monolitike që përfshijnë përdorimin e germaniumit të rritur në mënyrë epitaksiale (GE) si një material fitimi optik, shufra qelqi prej erbium-doped (ER) (të tilla si Al2O3, i cili kërkon pompimin optik), dhe pikat kuantike të arsenidit (GAAS) të rritura në mënyrë epitaksiale. Kolona tjetër është meshë në montimin e meshës, që përfshin oksidin dhe lidhjen organike në rajonin e fitimit të grupit III-V. Kolona tjetër është asambleja e çipit-në-blerë, e cila përfshin ngulitjen e çipit të grupit III-V në zgavrën e meshës së silikonit dhe më pas përpunimin e strukturës së shiritit të valës. Avantazhi i kësaj qasjeje të parë të tre kolonave është se pajisja mund të testohet plotësisht funksionale brenda meshës para prerjes. Kolona më e djathtë është asambleja e çipit-në-chip, duke përfshirë bashkimin e drejtpërdrejtë të patate të skuqura silikoni në patate të skuqura të grupit III-V, si dhe bashkimin përmes lenteve dhe bashkuesve të grilave. Trendi drejt aplikimeve tregtare po lëviz nga e djathta në anën e majtë të tabelës drejt zgjidhjeve më të integruara dhe të integruara.

Figura 11: Si është integruar fitimi optik në fotonikë me bazë silikoni. Ndërsa lëvizni nga e majta në të djathtë, pika e futjes së prodhimit gradualisht lëviz përsëri në proces.