Кремний негизиндеги оптоэлектроника, кремний фотодетекторлору үчүн
Фотодетекторлоржарык сигналдарын электрдик сигналдарга айландыруу жана маалыматтарды берүү ылдамдыгы жакшырган сайын кремний негизиндеги оптоэлектроника платформалары менен интеграцияланган жогорку ылдамдыктагы фотодетекторлор кийинки муундагы маалымат борборлорунун жана телекоммуникациялык тармактардын ачкычы болуп калды. Бул макалада кремний негизиндеги германийге (Ge же Si фотодетектору) басым жасоо менен алдыңкы жогорку ылдамдыктагы фотодетекторлор жөнүндө жалпы маалымат берилет.кремний фотодетекторлоринтеграцияланган оптоэлектроника технологиясы үчүн.
Германий кремний платформаларында жакын инфракызыл жарыкты аныктоо үчүн жагымдуу материал болуп саналат, анткени ал CMOS процесстери менен шайкеш келет жана телекоммуникациялык толкун узундуктарында өтө күчтүү сиңирүүгө ээ. Кеңири таралган Ge/Si фотодетекторунун структурасы пин диод болуп саналат, мында ички германий P-тиби жана N-тиби аймактарынын ортосунда жайгашкан.
Аппараттын түзүлүшү 1-сүрөттө типтүү тик пин Ge же көрсөтүлгөнСи фотодетекторструктурасы:
Негизги өзгөчөлүктөргө төмөнкүлөр кирет: кремний субстратында өскөн германий сиңирүүчү катмар; Зарядды алып жүрүүчүлөрдүн p жана n контакттарын чогултуу үчүн колдонулат; Жарыкты эффективдүү жутуу үчүн толкун жетектөөчү бириктиргич.
Эпитаксиалдык өсүш: кремнийде жогорку сапаттагы германийди өстүрүү эки материалдын ортосундагы 4,2% торчо дал келбегендигинен улам кыйынга турат. Адатта эки этаптуу өсүү процесси колдонулат: төмөнкү температурада (300-400°С) буфердик катмардын өсүшү жана германийдин жогорку температурада (600°Сден жогору) чөктүрүлүшү. Бул ыкма торлордун дал келбегендигинен улам жиптин дислокациясын көзөмөлдөөгө жардам берет. 800-900°C температурада өсүүдөн кийинки күйдүрүү жиптин дислокациясынын тыгыздыгын 10^7 см^-2ге чейин төмөндөтөт. Performance мүнөздөмөлөрү: абдан өнүккөн Ge/Si PIN фотодетектор жетише алат: жооп берүү, > 0,8A / W 1550 нм; өткөрүү жөндөмдүүлүгү,>60 ГГц; Кара ток, <1 мкА -1 В тенденциясы.
Кремний негизиндеги оптоэлектроника платформалары менен интеграция
интеграциясыжогорку ылдамдыктагы фотодетекторлоркремнийге негизделген оптоэлектроника платформалары менен өнүккөн оптикалык трансиверлерди жана интерконнектилерди камсыз кылат. Интеграциялоонун эки негизги ыкмасы төмөнкүлөр: Фронттук интеграция (FEOL), мында фотодетектор жана транзистор бир эле учурда кремний субстратында өндүрүлүп, жогорку температурада иштетүүгө мүмкүндүк берет, бирок чиптин аянтын ээлейт. Back-end интеграциясы (BEOL). Фотодетекторлор CMOS менен тоскоолдуктарды болтурбоо үчүн металлдын үстүнө өндүрүлгөн, бирок төмөнкү иштетүү температуралары менен чектелет.
2-сүрөт: Жогорку ылдамдыктагы Ge/Si фотодетекторунун жооп берүү жөндөмдүүлүгү жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү
Маалымат борборунун колдонмосу
Жогорку ылдамдыктагы фотодетекторлор кийинки муундагы маалымат борборлорунун өз ара байланышынын негизги компоненти болуп саналат. Негизги колдонмолорго төмөнкүлөр кирет: оптикалык кабыл алгычтар: 100G, 400G жана андан жогорку ылдамдыкта, PAM-4 модуляциясын колдонуу менен; Ажогорку өткөрүү жөндөмдүүлүгү фотодетектор(>50 ГГц) талап кылынат.
Кремний негизиндеги оптоэлектрондук интегралдык схема: детекторду модулятор жана башка тетиктер менен монолиттүү интеграциялоо; Компакттуу, жогорку өндүрүмдүүлүктөгү оптикалык кыймылдаткыч.
Бөлүштүрүлгөн архитектура: бөлүштүрүлгөн эсептөө, сактоо жана сактоонун ортосундагы оптикалык байланыш; Энергияны үнөмдөөчү, өткөрүү жөндөмдүүлүгү жогору фотодетекторлорго суроо-талапты жогорулатуу.
Келечекке көз караш
Интегралдык оптоэлектрондук жогорку ылдамдыктагы фотодетекторлордун келечеги төмөнкү тенденцияларды көрсөтөт:
Жогорку маалымат ылдамдыгы: 800G жана 1.6T трансиверлерин иштеп чыгууну башкаруу; Жыштыгы 100 ГГцден жогору болгон фотодетекторлор талап кылынат.
Жакшыртылган интеграция: III-V материалдын жана кремнийдин бирдиктүү чиптүү интеграциясы; Өркүндөтүлгөн 3D интеграциялоо технологиясы.
Жаңы материалдар: Ultrafast жарыкты аныктоо үчүн эки өлчөмдүү материалдарды (мисалы, графен) изилдөө; Толкун узундугун узартуу үчүн жаңы IV группа эритмеси.
Өнүгүп келе жаткан тиркемелер: LiDAR жана башка сезүүчү колдонмолор APDдин өнүгүшүнө түрткү берет; Жогорку сызыктуу фотодетекторлорду талап кылган микротолкундуу фотондук колдонмолор.
Жогорку ылдамдыктагы фотодетекторлор, өзгөчө Ge же Si фотодетекторлору кремний негизиндеги оптоэлектрониканын жана кийинки муундагы оптикалык байланыштын негизги кыймылдаткычы болуп калды. Материалдардын, түзүлүштөрдүн дизайнынын жана интеграциялык технологиялардын уланып жаткан жетишкендиктери келечектеги маалымат борборлорунун жана телекоммуникациялык тармактардын өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн өсүп жаткан талаптарын канааттандыруу үчүн маанилүү. Талаа өнүгүп жаткандыктан, биз өткөрүү жөндөмдүүлүгү жогору, ызы-чуу жана электрондук жана фотоникалык схемалар менен үзгүлтүксүз интеграцияланган фотодетекторлорду көрө алабыз.
Посттун убактысы: 20-январь-2025