Fotoninių integrinių grandynų (PIC) medžiagų sistema

Fotoninių integrinių grandynų (PIC) medžiagų sistema

Silicio fotonika yra disciplina, kuri naudoja plokščias struktūras, pagrįstas silicio medžiagomis, kad nukreiptų šviesą, kad būtų galima atlikti įvairias funkcijas. Čia daugiausia dėmesio skiriame silicio fotonikos taikymui kuriant šviesolaidinio ryšio siųstuvus ir imtuvus. Didėjant poreikiui pridėti daugiau perdavimo tam tikru pralaidumu, tam tikru plotu ir tam tikromis sąnaudomis, silicio fotonika tampa ekonomiškesnė. Dėl optinės daliesfotoninės integracijos technologijaturi būti naudojami, o dauguma koherentinių siųstuvų-imtuvų šiandien gaminami naudojant atskirus LiNbO3/plokštuminės šviesos bangų grandinės (PLC) moduliatorius ir InP/PLC imtuvus.

1 pav. Pavaizduotos dažniausiai naudojamos fotoninių integrinių grandynų (PIC) medžiagų sistemos.

1 paveiksle pavaizduotos populiariausios PIC medžiagų sistemos. Iš kairės į dešinę yra silicio pagrindu pagamintas silicio dioksido PIC (taip pat žinomas kaip PLC), silicio pagrindu pagamintas izoliatorius PIC (silicio fotonika), ličio niobatas (LiNbO3) ir III-V grupės PIC, pvz., InP ir GaAs. Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas silicio fotonikai. Įsilicio fotonika, šviesos signalas daugiausia sklinda silicyje, kurio netiesioginis juostos tarpas yra 1,12 elektronvoltų (kurio bangos ilgis yra 1,1 mikrono). Silicis krosnyse auginamas grynų kristalų pavidalu ir supjaustomas į plokšteles, kurių skersmuo šiandien paprastai yra 300 mm. Vaflio paviršius oksiduojamas, kad susidarytų silicio dioksido sluoksnis. Viena iš plokštelių iki tam tikro gylio bombarduojama vandenilio atomais. Tada dvi plokštelės sulydomos vakuume ir jų oksido sluoksniai susijungia vienas su kitu. Agregatas nutrūksta išilgai vandenilio jonų implantavimo linijos. Tada įtrūkimo vietoje esantis silicio sluoksnis poliruojamas, galiausiai ant nepažeistos silicio „rankenos“ plokštelės ant silicio dioksido sluoksnio lieka plonas kristalinio Si sluoksnis. Iš šio plono kristalinio sluoksnio susidaro bangolaidžiai. Nors šios silicio pagrindu pagamintos izoliatoriaus (SOI) plokštelės leidžia naudoti mažo nuostolio silicio fotoninius bangolaidžius, jie iš tikrųjų dažniau naudojami mažos galios CMOS grandinėse dėl mažos nuotėkio srovės.

Yra daug galimų silicio pagrindu pagamintų optinių bangolaidžių formų, kaip parodyta 2 paveiksle. Jie svyruoja nuo mikroskopinių germaniu legiruotų silicio dioksido bangolaidžių iki nanoskalės silicio vielos bangolaidžių. Maišant germanį galima pagamintifotodetektoriaiir elektros absorbcijamoduliatoriai, ir galbūt net optinius stiprintuvus. Dopinguojant silicį, anoptinis moduliatoriusgalima pagaminti. Apačioje iš kairės į dešinę yra: silicio vielos bangolaidis, silicio nitrido bangolaidis, silicio oksinitrido bangolaidis, storas silicio keteros bangolaidis, plonas silicio nitrido bangolaidis ir legiruoto silicio bangolaidis. Viršuje, iš kairės į dešinę, yra išeikvojimo moduliatoriai, germanio fotodetektoriai ir germanisoptiniai stiprintuvai.

2 pav. Silicio pagrindu pagamintų optinių bangolaidžių serijos skerspjūvis, kuriame rodomi tipiniai sklidimo nuostoliai ir lūžio rodikliai.