Silicio pagrindu pagamintam optoelektronikai, silicio fotodetektoriams (SI fotodetektoriui)

Silicio pagrindu pagamintam optoelektronikai, silicio fotodetektoriams

FotodetektoriaiKonvertuokite šviesos signalus į elektrinius signalus, o duomenų perdavimo rodikliams ir toliau tobulėja, greitaeigių fotodetektorių, integruotų su silicio pagrindu sukurtomis optoelektronikos platformomis, tapo pagrindine naujos kartos duomenų centrų ir telekomunikacijų tinklų raktu. Šiame straipsnyje bus apžvelgiami pažangių greitųjų fotodetektorių apžvalga, pabrėžiant silicio pagrindu pagamintą germanium (GE arba SI fotodetektorių)Silicio fotodetektoriaiintegruotai optoelektronikos technologijai.

Germanium yra patraukli medžiaga, skirta beveik infraraudonųjų spindulių aptikimui silicio platformose, nes ji yra suderinama su CMOS procesais ir turi ypač stiprią absorbciją telekomunikacijų bangos ilgiuose. Dažniausia GE/SI fotodetektoriaus struktūra yra PIN diodas, kuriame vidinis germanis yra pritvirtintas tarp p tipo ir N tipo sričių.

Įrenginio struktūra 1 paveiksle parodytas tipiškas vertikalus kaištis arbaSI Photodetectorstruktūra:

Pagrindinės savybės yra: germanio sugeriantis sluoksnis, užaugintas ant silicio substrato; Naudojamas rinkti P ir N kontaktus įkrovimo vežėjus; Bangolaidžio jungtis, kad būtų galima efektyviai absorbuoti šviesą.

Epitaksinis augimas: Augantis aukštos kokybės germanium ant silicio yra sudėtingas dėl 4,2% gardelės neatitikimo tarp dviejų medžiagų. Paprastai naudojamas dviejų pakopų augimo procesas: žemos temperatūros (300–400 ° C) buferio sluoksnio augimas ir aukšta temperatūra (virš 600 ° C) nusodinti germanio. Šis metodas padeda kontroliuoti sriegių dislokacijas, kurias sukelia grotelių neatitikimai. Po augimo atkaitinimas esant 800–900 ° C, dar labiau sumažina sriegio dislokacijos tankį iki maždaug 10^7 cm^-2. Našumo charakteristikos: Pažangiausias GE /SI PIN fotodetektorius gali pasiekti: reagavimas,> 0,8a /m esant 1550 nm; Pralaidumas,> 60 GHz; Tamsi srovė, <1 μA esant -1 V poslinkiui.

Integracija į silicio pagrindu sukurtas optoelektronikos platformas

Integracijagreitaeigiai fotodetektoriaiNaudojant silicio pagrindu sukurtas optoelektronikos platformas, įgalina pažangius optinius siųstuvus ir sujungimus. Du pagrindiniai integracijos metodai yra šie: priekinės dalies integracija (FEOL), kur fotodetektorius ir tranzistorius tuo pačiu metu gaminami ant silicio substrato, leidžiančio apdoroti aukštą temperatūrą, tačiau užima lustų plotą. Integracija į užpakalinę dalį (BEOL). Fotodetektoriai gaminami ant metalo viršaus, kad būtų išvengta trikdžių CMO, tačiau jie apsiriboja žemesne apdorojimo temperatūra.

2 paveikslas: Greičio GE/SI fotodetektoriaus reagavimas ir pralaidumas

Duomenų centro programa

Didelės spartos fotodetektoriai yra pagrindinis komponentas naujos kartos duomenų centro sujungimo metu. Pagrindinės programos apima: optinius siųstuvus: 100 g, 400 g ir didesnes normas, naudojant PAM-4 moduliaciją; AAukšto pralaidumo fotodetektorius(> 50 GHz) reikalingas.

Silicio pagrindu sukurta optoelektroninė integruota grandinė: monolitinė detektoriaus integracija su moduliatoriumi ir kitais komponentais; Kompaktiškas, aukštos kokybės optinis variklis.

Paskirstyta architektūra: optinis sujungimas tarp paskirstyto skaičiavimo, saugojimo ir saugojimo; Skatina energiją taupančių, aukšto lygio fotodetektorių paklausą.

Ateities perspektyva

Integruotų optoelektroninių greitųjų fotodetektorių ateitis parodys šias tendencijas:

Didesnis duomenų sparta: skatinti 800 g ir 1,6 t siųstuvų vystymąsi; Reikalingi fotodetektoriai, kurių pralaidumas yra didesnis nei 100 GHz.

Patobulinta integracija: III-V medžiagos ir silicio vieno lusto integracija; Išplėstinė 3D integracijos technologija.

Naujos medžiagos: dvimačių medžiagų (tokių kaip grafenas) tyrinėjimas, skirtas ypač greitai aptikti šviesos aptikimą; Naujas IV grupės lydinys, skirtas išplėsti bangos ilgį.

Atsirandančios programos: „LiDAR“ ir kitos jutimo programos skatina APD plėtrą; Mikrobangų fotonų programos, kurioms reikalingi didelis tiesiškumo fotodetektoriai.

Greita fotodetektoriai, ypač GE arba SI fotodetektoriai, tapo pagrindiniu silicio pagrindu sukurtos optoelektronikos ir naujos kartos optinių ryšių varikliu. Tęsiamas medžiagų, įrenginių projektavimo ir integracijos technologijų pažanga yra svarbi siekiant patenkinti augančius būsimų duomenų centrų ir telekomunikacijų tinklų pralaidumo poreikius. Laukui tobulėjant, galime tikėtis, kad pamatysite fotodetektorius, turinčius didesnį pralaidumą, mažesnį triukšmą ir sklandų integraciją su elektroninėmis ir fotoninėmis grandinėmis.