Кремний фотоникасынын активдүү элементи

Кремний фотоникасынын активдүү элементи

Фотониканын активдүү компоненттери жарык менен заттын ортосундагы атайылап иштелип чыккан динамикалык өз ара аракеттенүүлөрдү билдирет. Фотониканын типтүү активдүү компоненти оптикалык модулятор болуп саналат. Азыркы учурдагы кремний негизиндеги бардыкоптикалык модуляторлорплазманын эркин алып жүрүүчү эффектине негизделген. Кремний материалындагы эркин электрондордун жана тешиктердин санын легирлөө, электрдик же оптикалык ыкмалар менен өзгөртүү анын татаал сынуу көрсөткүчүн өзгөртө алат, бул процесс Сореф менен Беннеттин маалыматтарын 1550 нанометр толкун узундугуна ылайыкташтыруу менен алынган (1,2) теңдемелерде көрсөтүлгөн. Электрондорго салыштырмалуу тешиктер чыныгы жана элестүү сынуу көрсөткүчүнүн өзгөрүүлөрүнүн чоңураак үлүшүн пайда кылат, башкача айтканда, алар берилген жоготуу өзгөрүшү үчүн чоңураак фазалык өзгөрүүнү пайда кыла алышат, ошондуктанМах-Зендер модуляторлоружана шакек модуляторлорун жасоо үчүн тешиктерди колдонуу артыкчылыктууфазалык модуляторлор.

ар кандайкремний (Si) модуляторутүрлөрү 10A-сүрөттө көрсөтүлгөн. Ташуучу инжекциялык модулятордо жарык өтө кең пин түйүнүнүн ичиндеги ички кремнийде жайгашкан жана электрондор жана тешиктер сайылат. Бирок, мындай модуляторлор жайыраак, адатта 500 МГц өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ, анткени эркин электрондор жана тешиктер сайылгандан кийин кайра биригүүгө көбүрөөк убакыт талап кылынат. Ошондуктан, бул структура көбүнчө модулятор эмес, өзгөрүлмө оптикалык аттенюатор (VOA) катары колдонулат. Ташуучунун азайышынын модуляторунда жарык бөлүгү кууш pn түйүнүндө жайгашкан жана pn түйүнүнүн азайышынын туурасы колдонулган электр талаасы менен өзгөртүлөт. Бул модулятор 50 Гб/с ашык ылдамдыкта иштей алат, бирок фон киргизүүдө жогорку жоготууга ээ. Типтүү vpil 2 В-см2. Металл оксиддик жарым өткөргүч (MOS) (чындыгында жарым өткөргүч-оксид-жарым өткөргүч) модулятору pn түйүнүндө жука оксиддик катмарды камтыйт. Ал алып жүрүүчүлөрдүн топтолушуна, ошондой эле алып жүрүүчүлөрдүн азайышына мүмкүндүк берет, болжол менен 0,2 В-см3 кичирээк VπLге мүмкүндүк берет, бирок оптикалык жоготуулардын жогору болушу жана узундук бирдигине жогорку сыйымдуулук сыяктуу кемчилиги бар. Мындан тышкары, SiGe (кремний германий эритмеси) тилкесинин четинин кыймылына негизделген SiGe электрдик абсорбциялык модуляторлору бар. Мындан тышкары, абсорбциялык металлдар менен тунук изоляторлордун ортосунда которулуу үчүн графенге таянган графен модуляторлору бар. Булар жогорку ылдамдыктагы, аз жоготуулуу оптикалык сигнал модуляциясына жетүү үчүн ар кандай механизмдердин колдонулушунун ар түрдүүлүгүн көрсөтөт.

10-сүрөт: (A) Кремнийге негизделген ар кандай оптикалык модулятор конструкцияларынын кесилиш диаграммасы жана (B) оптикалык детектор конструкцияларынын кесилиш диаграммасы.

10B-сүрөттө кремний негизиндеги бир нече жарык детекторлору көрсөтүлгөн. Жутуучу материал - германий (Ge). Ge болжол менен 1,6 микронго чейинки толкун узундуктарындагы жарыкты сиңире алат. Сол жакта бүгүнкү күндө эң коммерциялык жактан ийгиликтүү төөнөгүч түзүлүш көрсөтүлгөн. Ал Ge өскөн P-типтеги кошулган кремнийден турат. Ge жана Si 4% торчо дал келбестигине ээ жана дислокацияны минималдаштыруу үчүн алгач буфердик катмар катары SiGe жука катмары өстүрүлөт. N-типтеги кошулма Ge катмарынын үстүнкү бетинде жүргүзүлөт. Ортосунда металл-жарым өткөргүч-металл (MSM) фотодиоду, ал эми APD (Кар көчкүсү фотодетектору) оң жакта көрсөтүлгөн. APDдеги көчкү аймагы Siде жайгашкан, ал III-V тобундагы элементтик материалдардагы көчкү аймагына салыштырмалуу төмөнкү ызы-чуу мүнөздөмөлөрүнө ээ.

Учурда оптикалык күчөтүүнү кремний фотоникасы менен интеграциялоодо айкын артыкчылыктарга ээ болгон чечимдер жок. 11-сүрөттө чогултуу деңгээли боюнча уюштурулган бир нече мүмкүн болгон варианттар көрсөтүлгөн. Эң сол жакта эпитаксиалдык жол менен өстүрүлгөн германийди (Ge) оптикалык күчөтүү материалы катары колдонууну, эрбий менен легирленген (Er) айнек толкун өткөргүчтөрүн (мисалы, оптикалык сордурууну талап кылган Al2O3) жана эпитаксиалдык жол менен өстүрүлгөн галлий арсенидинин (GaAs) кванттык чекиттерин камтыган монолиттик интеграциялар көрсөтүлгөн. Кийинки тилке - III-V топтук күчөтүү аймагында оксиддик жана органикалык байланышты камтыган пластинадан пластинага чогултуу. Кийинки тилке - чиптен пластинага чогултуу, ал III-V топтук чипти кремний пластинасынын көңдөйүнө киргизүүнү жана андан кийин толкун өткөргүч түзүлүшүн иштетүүнү камтыйт. Бул биринчи үч тилкелүү ыкманын артыкчылыгы - түзмөктү кесүүдөн мурун пластинанын ичинде толук функционалдык сыноодон өткөрүүгө болот. Эң оң жактагы тилке - чиптен пластинага чогултуу, анын ичинде кремний чиптерин III-V топтук чиптерге түз туташтыруу, ошондой эле линза жана торчо бириктиргичтери аркылуу туташтыруу. Коммерциялык колдонмолорго тенденция диаграмманын оң жагынан сол жагына карай интеграцияланган жана интеграцияланган чечимдерге карай жылып баратат.

11-сүрөт: Оптикалык күчөтүү кремний негизиндеги фотоникага кантип интеграцияланган. Солдон оңго жылган сайын, өндүрүштүн киргизүү чекити процесстин жүрүшүндө акырындык менен артка жылат.