Silicio fotonikos aktyvusis elementas

Silicio fotonikos aktyvusis elementas

Fotonikos aktyvūs komponentai konkrečiai reiškia tyčia suprojektuotą dinaminę šviesos ir materijos sąveiką. Tipiškas aktyvus fotonikos komponentas yra optinis moduliatorius. Visos dabartinės silicio pagrinduOptiniai moduliatoriaiyra pagrįsti nešiklio poveikiu be plazmos. Keisdami laisvųjų elektronų ir skylių skaičių silicio medžiagoje, dopingo, elektriniais ar optiniais metodais, gali pakeisti jo sudėtingą lūžio rodiklį - procesą, parodytą lygtyse (1,2). . Palyginti su elektronais, skylės sukelia didesnę tikrojo ir įsivaizduojamo lūžio rodiklio pokyčių dalį, tai yra, jos gali sukelti didesnį fazės pokytį tam tikro nuostolio pokyčiui, taigi inMach-Zehnder moduliatoriaiir žiedo moduliatoriai, paprastai teikiama pirmenybė naudoti skylutesFazių moduliatoriai.

ĮvairūsSilicio (SI) moduliatoriusTipai parodyti 10a paveiksle. Vežėjo įpurškimo moduliatoriuje šviesa yra vidiniame silicyje, esančiame labai plačioje kaiščio sankryžoje, o elektronai ir skylės yra suleistos. Tačiau tokie moduliatoriai yra lėtesni, paprastai su 500 MHz pralaidumu, nes laisvieji elektronai ir skylės po injekcijos užtrunka ilgiau ilgiau. Todėl ši struktūra dažnai naudojama kaip kintamas optinis slopintuvas (VOA), o ne moduliatorius. Vežėjo išeikvojimo moduliatoriuje šviesos dalis yra siauroje PN sankryžoje, o PN sankryžos išeikvojimo plotį keičia taikomas elektrinis laukas. Šis moduliatorius gali veikti greičiu, viršijančiu 50 GB/s, tačiau jis turi aukštą fono įterpimo praradimą. Tipiškas VPIL yra 2 V-CM. Metalo oksido puslaidininko (MOS) (iš tikrųjų puslaidininkio-oksido-semiklaidžių) moduliatoriuje PN sankryžoje yra plonas oksido sluoksnis. Tai leidžia kai kuriuos nešiklio kaupimus ir nešiklio išeikvojimą, leidžiantį mažesnį maždaug 0,2 V-CM VπL, tačiau jo nepalankumas yra didesni optiniai nuostoliai ir didesnė talpa ilgiui. Be to, yra SIGE elektrinių absorbcijos moduliatorių, pagrįstų Sige (Silicon Germanium lydinio) juostos krašto judesiu. Be to, yra grafeno moduliatorių, kurie remiasi grafenu, kad perjungtų metalų absorbavimo ir skaidrius izoliatorius. Tai parodo skirtingų mechanizmų taikymo įvairovę, kad būtų pasiekta didelė sparta, mažų nuostolių optinio signalo moduliacija.

10 pav.

Keli silicio pagrindu pagaminti šviesos detektoriai yra parodyti 10b paveiksle. Sugerianti medžiaga yra germanis (GE). GE gali absorbuoti šviesą bangos ilgiu iki maždaug 1,6 mikronų. Rodoma kairėje šiandien yra pati komerciškai sėkmingiausia PIN konstrukcija. Jį sudaro p tipo silicio, ant kurio auga GE. GE ir SI turi 4% grotelių neatitikimą, o siekiant sumažinti dislokaciją, plonas sige sluoksnis pirmiausia auginamas kaip buferio sluoksnis. N tipo dopingas atliekamas GE sluoksnio viršuje. Metalo semiklaidinio metalo (MSM) fotodiodas parodytas viduryje, o APD („Avalanche“ fotodetektorius) rodomas dešinėje. APD lavinos regionas yra SI, kuriame yra mažesnės triukšmo charakteristikos, palyginti su III-V grupės elementų medžiagų lavinos regionu.

Šiuo metu nėra jokių sprendimų, turinčių akivaizdžių pranašumų integruojant optinį padidėjimą su silicio fotoniku. 11 paveiksle pavaizduotos kelios galimos parinktys, kurias organizuoja surinkimo lygis. Kairėje kairėje yra monolitinės integracijos, apimančios epitaksiškai auginamų germanio (GE) naudojimą kaip optinio stiprinimo medžiagą, Erbium-apvedamą (ER) stiklinius bangolaidžius (tokius kaip Al2O3, kuriai reikalingas optinis siurbimas) ir epitaksiškai užaugintų gallilizo arsenido (GAAS (GAAS “(GAAS) ) kvantiniai taškai. Kitas stulpelis yra vaflių vaflių surinkimas, apimantis oksidą ir organinį ryšį III-V grupės stiprinimo srityje. Kitas stulpelis yra „Chip-to Wher“ agregatas, kuris apima III-V grupės lusto įterpimą į silicio plokštelės ertmę ir tada apdirbant bangolaidžio struktūrą. Šio pirmojo trijų stulpelių požiūrio pranašumas yra tas, kad prieš pjaustymą įrenginį galima visiškai išbandyti vaflio viduje. Dešiniausi stulpelis yra „Chip-to-Chip“ agregatas, įskaitant tiesioginį silicio drožlių sujungimą su III-V grupių drožlėmis, taip pat sujungimu per objektyvą ir grotelių jungtis. Komercinių programų tendencija juda iš dešinės į kairę diagramos pusę link labiau integruotų ir integruotų sprendimų.

11 paveikslas: Kaip optinis padidėjimas yra integruotas į silicio pagrindu sukurtą fotoniką. Kai judate iš kairės į dešinę, gamybos įterpimo taškas palaipsniui juda atgal.