Кремний фотоникасынын активдүү элементи

Кремний фотоникасынын активдүү элементи

Фотониканын активдүү компоненттери жарык менен заттын ортосундагы атайылап иштелип чыккан динамикалык өз ара аракеттенүүнү билдирет. Фотониканын типтүү активдүү компоненти болуп оптикалык модулятор саналат. Бардык азыркы кремний негизделгеноптикалык модуляторлорплазманын эркин алып жүрүүчү эффектине негизделген. Кремний материалындагы эркин электрондордун жана тешиктердин санын допинг, электрдик же оптикалык ыкмалар менен өзгөртүү анын татаал сынуу көрсөткүчүн өзгөртө алат, бул процесс (1,2) теңдемелерде көрсөтүлгөн Сореф жана Беннетттин 1550 нанометр толкун узундугундагы маалыматтарын тууралоо менен алынган. . Электрондор менен салыштырганда, тешиктер реалдуу жана элестүү сынуу көрсөткүчүнүн өзгөрүшүнүн көбүрөөк бөлүгүн жаратат, башкача айтканда, алар берилген жоготуу өзгөрүүсү үчүн көбүрөөк фазалык өзгөрүүнү жаратышы мүмкүн, ошондуктанMach-Zehnder модуляторлоружана шакек модуляторлор, адатта, жасоо үчүн тешиктерди колдонуу артыкфазалык модуляторлор.

ар кандайкремний (Si) модуляторутүрлөрү 10А-сүрөттө көрсөтүлгөн. Ташуучу инъекциялык модулятордо жарык өтө кенен төөнөгүчтүн ичинде өздүк кремнийде жайгашып, электрондор менен тешикчелер куюлат. Бирок, мындай модуляторлор жайыраак, адатта 500 МГц өткөрүү жөндөмдүүлүгү менен иштейт, анткени эркин электрондор менен тешиктер инъекциядан кийин рекомбинацияга көп убакыт талап кылынат. Ошондуктан, бул түзүлүш көбүнчө модулятор эмес, өзгөрүлмө оптикалык аттенюатор (VOA) катары колдонулат. Тасымалдаткычтын түгөнүү модуляторунда жарык бөлүгү тар pn түйүнүндө жайгашат, ал эми pn түйүнүнүн түгөнүү туурасы колдонулган электр талаасы менен өзгөрөт. Бул модулятор 50Гб/с ашкан ылдамдыкта иштей алат, бирок фон киргизүүдө жоготуулар жогору. Кадимки vpil 2 V-см. Металл оксидинин жарым өткөргүч (MOS) (чындыгында жарым өткөргүч-оксид-жарым өткөргүч) модулятору pn түйүнүндөгү жука оксид катмарын камтыйт. Бул болжол менен 0,2 V-см кичирээк VπL мүмкүндүк берүүчү кээ бир алып жүрүүчүнүн топтолушуна, ошондой эле ташуучунун түгөнүшүнө мүмкүндүк берет, бирок узундугу бирдигине жогорку оптикалык жоготуулардын жана жогорку сыйымдуулуктун кемчилиги бар. Мындан тышкары, SiGe (кремний Германий эритмеси) тилкесинин четинин кыймылына негизделген SiGe электрдик абсорбция модуляторлору бар. Мындан тышкары, графенге таянган графен модуляторлору бар, алар сиңирүү металлдары менен тунук изоляторлордун ортосунда өтүшөт. Бул жогорку ылдамдыкта, аз жоготуулуу оптикалык сигнал модуляциясына жетүү үчүн ар кандай механизмдердин ар түрдүүлүгүн көрсөтөт.

10-сүрөт: (A) ар кандай кремний негизиндеги оптикалык модуляторлордун конструкцияларынын кесилишинин диаграммасы жана (B) оптикалык детекторлордун конструкцияларынын кесилишинин диаграммасы.

Бир нече кремний негизиндеги жарык детекторлору 10В-сүрөттө көрсөтүлгөн. Сорулуучу материал германий (Ge). Ge 1,6 микронго чейин толкун узундуктарында жарыкты сиңире алат. Сол жакта бүгүнкү күндө эң ийгиликтүү коммерциялык пин структурасы көрсөтүлгөн. Ал Ge өсөт P-тип кошулган кремний турат. Ge жана Si 4% торчонун дал келбестигине ээ жана дислокацияны азайтуу үчүн алгач SiGe жука катмары буфердик катмар катары өстүрүлөт. N-типтеги допинг Ge катмарынын үстүндө жүргүзүлөт. Ортодо металл-жарым өткөргүч-металл (MSM) фотодиод, ал эми APD (кар көчкү фотодетектору) оң жакта көрсөтүлгөн. АПДдагы кар көчкү аймагы III-V топтун элементардык материалдарындагы көчкү чөлкөмүнө салыштырмалуу ызы-чуусу азыраак мүнөздөлгөн Сиде жайгашкан.

Азыркы учурда кремний фотоникасы менен оптикалык пайданы интеграциялоонун ачык артыкчылыктары бар чечимдер жок. 11-сүрөттө чогулуш деңгээли боюнча уюштурулган бир нече мүмкүн болгон варианттар көрсөтүлгөн. Оң жактагы монолиттүү интеграциялар бар, алар оптикалык жогорулатуучу материал катары эпитаксиалдык өстүрүлгөн германийди (Ge), эрбий кошулган (Er) айнек толкун өткөргүчтөрүн (мисалы, Al2O3, оптикалык насосту талап кылат) жана эпитаксиалдык түрдө өстүрүлгөн галлий арсениди (GaAs) камтыйт. ) кванттык чекиттер. Кийинки колонка - III-V топтун пайда аймагындагы оксидди жана органикалык байланышты камтыган вафлиден пластинкага чейин. Кийинки колонна - чиптен пластинкага монтаждоо, ал III-V группалык чипти кремний пластинкасынын көңдөйүнө киргизүүнү жана андан кийин толкун өткөргүч структурасын иштетүүнү камтыйт. Бул биринчи үч мамыча мамиленин артыкчылыгы аппарат кесүү алдында пластинанын ичинде толук функционалдык сыналышы мүмкүн. Эң оң жактагы колонна - чиптен чипке монтаж, анын ичинде кремний чиптерин III-V группадагы микросхемаларга түз байланыштыруу, ошондой эле линза жана торлуу бириктиргичтер аркылуу бириктирүү. Коммерциялык колдонмолорго болгон тенденция диаграмманын оңунан сол жагына көбүрөөк интеграцияланган жана интеграцияланган чечимдерди көздөй жылып жатат.

11-сүрөт: Оптикалык пайда кремнийге негизделген фотоникага кантип кошулат. Сиз солдон оңго жылганыңызда, өндүрүштү киргизүү чекити процессте акырындык менен артка жылат.