Silikon esasly optoelektronika üçin kremniniň fotodetektorlary (Si fotodetektor)

Silikon esasly optoelektronika, kremniniň fotodetektorlary üçin

Fotodetektorlarýagtylyk signallaryny elektrik signallaryna öwüriň we maglumatlary geçirmegiň tizligi ýokarlanýarka, kremniý esasly optoelektronika platformalary bilen birleşdirilen ýokary tizlikli fotodetektorlar indiki nesil maglumat merkezleriniň we telekommunikasiýa ulgamlarynyň açary boldy. Bu makala, kremniý esasly germaniýa (Ge ýa-da Si fotodetektor) ünsi jemläp, ýokary tizlikli fotodetektorlara syn berer.kremniniň fotodetektorlarytoplumlaýyn optoelektronika tehnologiýasy üçin.

Germanium, kremniý platformalarynda infragyzyl ýagtylygy kesgitlemek üçin özüne çekiji materialdyr, sebäbi CMOS proseslerine laýyk gelýär we telekommunikasiýa tolkun uzynlyklarynda gaty güýçli siňdirilýär. Iň ýaýran Ge / Si fotodetektor gurluşy, içki germaniý P görnüşli we N görnüşli sebitleriň arasynda sandwiçlenen pin dioddyr.

Enjamyň gurluşy 1-nji suratda adaty dik pin Ge ýa-da görkezilýärSi fotodetektorgurluşy:

Esasy aýratynlyklary şulary öz içine alýar: kremniniň aşaky gatlagynda ösdürilip ýetişdirilýän germaniý siňdiriji gatlak; Zarýad göterijileriň p we n kontaktlaryny ýygnamak üçin ulanylýar; Lightagtylygy siňdirmek üçin tolkun gorag birleşmesi.

Epitaksial ösüş: Iki materialyň arasyndaky 4.2% panjara laýyk gelmezligi sebäpli kremniniň üstünde ýokary hilli germaniý ösmek kyn. Iki basgançakly ösüş prosesi adatça ulanylýar: pes temperatura (300-400 ° C) bufer gatlagynyň ösmegi we germaniýanyň ýokary temperaturasy (600 ° C-den ýokary). Bu usul, panjara gabat gelmezligi sebäpli döreýän sapaklaryň ýerleşişine gözegçilik etmäge kömek edýär. 800-900 ° C-den soňky ösüş, sapaklaryň ýerleşiş dykyzlygyny takmynan 10 ^ 7 sm ^ -2 çenli azaldar. Öndürijilik aýratynlyklary: Iň ösen Ge / Si PIN fotodetektor gazanyp biler: duýgurlyk,> 1550 nm-de 0.8A / W; Zolak giňligi,> 60 GGs; Garaňky tok, <1 μA -1 V ikitaraplaýyn.

Silikon esasly optoelektronika platformalary bilen integrasiýa

Birleşmekýokary tizlikli fotodetektorlarkremniý esasly optoelektronika platformalary bilen ösen optiki geçirijileri we özara baglanyşyklary üpjün edýär. Iki esasy integrasiýa usuly şeýleräk: fotodetektor we tranzistor bir wagtyň özünde ýokary temperaturaly işlemäge mümkinçilik berýän, ýöne çip meýdanyny alýan kremniý substratda bir wagtyň özünde öndürilýän Front-integrasiýa (FEOL). Yzky integrasiýa (BEOL). Fotodetektorlar, CMOS-yň päsgel bermezligi üçin metalyň üstünde öndürilýär, ýöne has pes temperatura bilen çäklenýär.

2-nji surat: speedokary tizlikli Ge / Si fotodetektoryň jogapkärçiligi we geçirijilik ukyby

Maglumat merkezi programmasy

Speedokary tizlikli fotodetektorlar maglumat merkeziniň özara baglanyşygynyň indiki neslinde esasy komponentdir. Esasy programmalar şulary öz içine alýar: PAM-4 modulýasiýasyny ulanyp, optiki geçirijiler: 100G, 400G we has ýokary nyrhlar; A.ýokary zolakly fotodetektor(> 50 GGs) talap edilýär.

Silikon esasly optoelektron integral zynjyr: detektoryň modulýator we beýleki komponentler bilen monolit integrasiýasy; Ykjam, ýokary öndürijilikli optiki hereketlendiriji.

Paýlanan arhitektura: paýlanan hasaplama, saklamak we saklamak arasynda optiki baglanyşyk; Energiýany tygşytlaýan, ýokary zolakly fotodetektorlara bolan islegi güýçlendirmek.

Geljekki dünýägaraýyş

Integrirlenen optoelektron ýokary tizlikli fotodetektorlaryň geljegi aşakdaky ugurlary görkezer:

Has ýokary maglumat nyrhlary: 800G we 1.6T geçirijileriň ösüşine itergi bermek; 100 GGs-dan uly zolakly fotodetektorlar zerurdyr.

Kämilleşdirilen integrasiýa: III-V materialyň we kremniniň ýeke çip integrasiýasy; Ösen 3D integrasiýa tehnologiýasy.

Täze materiallar: ultrafast ýagtylygy kesgitlemek üçin iki ölçegli materiallary (grafen ýaly) gözlemek; Giňeldilen tolkun uzynlygy üçin täze topar IV garyndysy.

Täze döreýän programmalar: LiDAR we beýleki duýgur programmalar APD-iň ösmegine itergi berýär; Lineokary çyzykly fotodetektorlary talap edýän mikrotolkunly foton programmalary.

Speedokary tizlikli fotodetektorlar, esasanam Ge ýa-da Si fotodetektorlary, kremniý esasly optoelektronikanyň we indiki nesil optiki aragatnaşyklaryň esasy hereketlendirijisine öwrüldi. Materiallar, enjam dizaýny we integrasiýa tehnologiýalaryndaky dowamly ösüşler geljekki maglumat merkezleriniň we telekommunikasiýa ulgamlarynyň barha artýan zolakly isleglerini kanagatlandyrmak üçin möhümdir. Meýdanyň ösmegi bilen, has ýokary zolakly, pes sesli we elektron we fotoniki zynjyrlar bilen üznüksiz integrasiýa bolan fotodetektorlary görüp bileris.