Element aktiv fotonik i silikonit

Element aktiv fotonik i silikonit

Komponentët aktivë të Fotonikës i referohen posaçërisht ndërveprimeve dinamike të projektuara qëllimisht midis dritës dhe materies. Një komponent tipik aktiv i fotonikës është një modulator optik. Të gjitha aktuale me bazë silikonimodulatorët optikëbazohen në efektin e bartësit pa plazma. Ndryshimi i numrit të elektroneve të lira dhe vrimave në një material silikoni me anë të dopingut, metodave elektrike ose optike mund të ndryshojë indeksin e tij kompleks të thyerjes, një proces i treguar në ekuacionet (1,2) të marra nga përshtatja e të dhënave nga Soref dhe Bennett në një gjatësi vale prej 1550 nanometra. . Krahasuar me elektronet, vrimat shkaktojnë një pjesë më të madhe të ndryshimeve reale dhe imagjinare të indeksit të thyerjes, domethënë ato mund të prodhojnë një ndryshim më të madh fazor për një ndryshim të caktuar të humbjes, kështu që nëModulatorët Mach-Zehnderdhe modulatorët e unazave, zakonisht preferohet të përdoren vrima për të bërëmodulatorët e fazës.

Të ndryshmetmodulator silikoni (Si).llojet janë paraqitur në figurën 10A. Në një modulator injektimi bartës, drita është e vendosur në silikon të brendshëm brenda një kryqëzimi shumë të gjerë kunjash, dhe elektronet dhe vrimat janë injektuar. Megjithatë, modulatorët e tillë janë më të ngadaltë, zakonisht me një gjerësi brezi prej 500 MHz, sepse elektronet e lira dhe vrimat kërkojnë më shumë kohë për t'u rikombinuar pas injektimit. Prandaj, kjo strukturë përdoret shpesh si një zbutës optik i ndryshueshëm (VOA) dhe jo si një modulator. Në një modulator të zbrazjes së bartësit, pjesa e dritës ndodhet në një kryqëzim të ngushtë pn dhe gjerësia e zbrazjes së kryqëzimit pn ndryshohet nga një fushë elektrike e aplikuar. Ky modulator mund të funksionojë me shpejtësi mbi 50 Gb/s, por ka një humbje të lartë të futjes në sfond. Vpil tipik është 2 V-cm. Një modulator gjysmëpërçues i oksidit metalik (MOS) (në fakt gjysmëpërçues-oksid-gjysmëpërçues) përmban një shtresë të hollë oksidi në një kryqëzim pn. Ai lejon një akumulim të caktuar të bartësit si dhe zbrazje të bartësit, duke lejuar një VπL më të vogël prej rreth 0,2 V-cm, por ka disavantazhin e humbjeve më të larta optike dhe kapacitetit më të lartë për njësi gjatësi. Përveç kësaj, ekzistojnë modulatorë elektrikë të përthithjes SiGe të bazuara në lëvizjen e skajit të brezit SiGe (aliazh silikoni gjermanium). Përveç kësaj, ka modulatorë grafeni që mbështeten në grafen për të kaluar midis metaleve thithëse dhe izolatorëve transparentë. Këto demonstrojnë shumëllojshmërinë e aplikimeve të mekanizmave të ndryshëm për të arritur modulimin e sinjalit optik me shpejtësi të lartë dhe me humbje të ulët.

Figura 10: (A) Diagrami i seksionit tërthor të modeleve të ndryshme të modulatorëve optikë me bazë silikoni dhe (B) diagrami i seksionit tërthor të modeleve të detektorëve optikë.

Disa detektorë drite me bazë silikoni janë paraqitur në Figurën 10B. Materiali absorbues është germani (Ge). Ge është në gjendje të thithë dritën në gjatësi vale deri në rreth 1.6 mikron. E paraqitur në të majtë është struktura më e suksesshme tregtare sot. Përbëhet nga silikoni i dopuar i tipit P, mbi të cilin rritet Ge. Ge dhe Si kanë një mospërputhje të rrjetës prej 4%, dhe për të minimizuar dislokimin, një shtresë e hollë SiGe rritet fillimisht si një shtresë tampon. Dopingu i tipit N kryhet në pjesën e sipërme të shtresës Ge. Një fotodiodë metal-gjysmëpërçues-metal (MSM) tregohet në mes dhe një APD (Fotodetektor orteku) tregohet në të djathtë. Rajoni i ortekut në APD ndodhet në Si, i cili ka karakteristika më të ulëta të zhurmës në krahasim me rajonin e ortekëve në materialet elementare të grupit III-V.

Aktualisht, nuk ka zgjidhje me avantazhe të dukshme në integrimin e fitimit optik me fotonikën e silikonit. Figura 11 tregon disa opsione të mundshme të organizuara sipas nivelit të montimit. Në të majtë janë integrimet monolitike që përfshijnë përdorimin e germaniumit të rritur epitaksialisht (Ge) si një material fitimi optik, përcjellës valësh qelqi të dopuar me erbium (Er) (si Al2O3, i cili kërkon pompim optik) dhe arsenid galiumi të rritur epitaksialisht (GaAs ) pika kuantike. Kolona tjetër është montimi wafer me wafer, që përfshin oksidin dhe lidhjen organike në rajonin e fitimit të grupit III-V. Kolona tjetër është montimi nga çipi në vafer, i cili përfshin futjen e çipit të grupit III-V në zgavrën e vaferës së silikonit dhe më pas përpunimin e strukturës së valëve. Avantazhi i kësaj qasjeje me tre kolona të para është se pajisja mund të testohet plotësisht funksionale brenda vaferës përpara prerjes. Kolona më e djathtë është montimi nga çipi në çip, duke përfshirë bashkimin e drejtpërdrejtë të çipave të silikonit me çipat e grupit III-V, si dhe bashkimin nëpërmjet lentës dhe çiftuesve të grilave. Tendenca drejt aplikacioneve komerciale po lëviz nga e djathta në të majtë të grafikut drejt zgjidhjeve më të integruara dhe më të integruara.

Figura 11: Si integrohet fitimi optik në fotonikën me bazë silikoni. Ndërsa lëvizni nga e majta në të djathtë, pika e futjes së prodhimit gradualisht kthehet përsëri në proces.


Koha e postimit: 22 korrik 2024