Kremniý esasly optoelektronika üçin, kremniý fotodetektorlary (Si fotodetektory)

Kremniý esasly optoelektronika üçin, kremniý fotodetektorlary

Fotodetektorlarýagtylyk signallaryny elektrik signallaryna öwürmek we maglumat geçirijilik tizligi ýokarlanmagy bilen, kremniý esasly optoelektronika platformalary bilen integrasiýa edilen ýokary tizlikli fotodetektorlar indiki nesil maglumat merkezleri we telekommunikasiýa ulgamlary üçin möhüm ähmiýete eýe boldy. Bu makala kremniý esasly germaniý (Ge ýa-da Si fotodetektory) bilen birlikde ösen ýokary tizlikli fotodetektorlara umumy syn berer.kremniý fotodetektorlaryintegrasiýalaşdyrylan optoelektronika tehnologiýasy üçin.

Germaniý kremniý platformalarynda ýakyn infragyzyl şöhleleri anyklamak üçin özüne çekiji materialdyr, sebäbi ol CMOS prosesleri bilen utgaşykly we telekommunikasiýa tolkun uzynlyklarynda örän güýçli siňdirişe eýedir. Iň köp ýaýran Ge/Si fotodetektor gurluşy pin diody bolup, onda içki germaniýa P-tipli we N-tipli sebitleriň arasynda ýerleşýär.

Enjamyň gurluşy 1-nji suratda adaty dik Ge ýa-da ştift görkezilýär.Si fotodetektorygurluş:

Esasy aýratynlyklary: kremniý substratynda ösdürilip ýetişdirilen germanium siňdiriji gatlak; Zarýad daşaýjylaryň p we n kontaktlaryny ýygnamak üçin ulanylýar; Yşygy netijeli siňdirmek üçin tolkun geçirijisi birleşdiriji.

Epitaksial ösüş: Iki materialyň arasyndaky 4,2% tor deňsizligi sebäpli kremniýde ýokary hilli germany ösdürmek kyn. Adatça iki tapgyrly ösüş prosesi ulanylýar: pes temperaturada (300-400°C) bufer gatlagynyň ösüşi we germanyýyň ýokary temperaturada (600°C-den ýokary) çökmegi. Bu usul tor deňsizligi sebäpli ýüze çykýan dişli çykyklaryň gözegçiligini saklamaga kömek edýär. 800-900°C-da ösüşden soň ýumşatmak dişli çykyklaryň dykyzlygyny takmynan 10^7 sm^-2-e çenli azaldýar. Işleýiş aýratynlyklary: Iň ösen Ge/Si PIN fotodetektory şu aşakdakylary gazanyp biler: jogap berijilik, 1550 nm-de > 0,8A /W; Geçiriş zolagynyň giňligi, >60 GHz; Garaňky tok, -1 V üýtgeşiklikde <1 μA.

Kremniý esasly optoelektronika platformalary bilen integrasiýa

Integrasiýasyýokary tizlikli fotodetektorlarKremniý esasly optoelektronika platformalary ösen optiki ötürijileri we özara baglanyşyklary üpjün edýär. Iki esasy integrasiýa usuly aşakdakylardyr: Öň tarap integrasiýa (FEOL), bu ýerde fotodetektor we tranzistor bir wagtyň özünde kremniý substratynda öndürilýär, bu bolsa ýokary temperaturada işlenmäge mümkinçilik berýär, ýöne çip meýdanyny eýeleýär. Yzky tarap integrasiýa (BEOL). Fotodetektorlar CMOS bilen päsgelçilikleriň öňüni almak üçin metalyň üstünde öndürilýär, ýöne has pes işlenme temperaturalary bilen çäklenýär.

2-nji surat: Ýokary tizlikli Ge/Si fotodetektorynyň jogap beriş ukyby we geçirijilik ukyby

Maglumat merkezi programmasy

Ýokary tizlikli fotodetektorlar maglumat merkezleriniň özara baglanyşygynyň indiki nesliniň esasy bölegidir. Esasy ulanylyşlara aşakdakylar girýär: optiki ötürijiler: 100G, 400G we ondan ýokary tizlikler, PAM-4 modulýasiýasyny ulanmak bilen; Aýokary geçirijilikli fotodetektor(>50 GHz) talap edilýär.

Kremniý esasly optoelektron integral mikrosxema: detektoryň modulýator we beýleki komponentler bilen monolit integrasiýasy; Kompakt, ýokary öndürijilikli optiki hereketlendiriji.

Paýlanan arhitektura: paýlanan hasaplamalaryň, saklamalaryň we saklamalaryň arasyndaky optiki arabaglanyşyk; Energiýa tygşytlaýjy, ýokary geçirijilikli fotodetektorlara bolan islegi güýçlendirýär.

Geljekki garaýyş

Integrasiýa edilen optoelektroniki ýokary tizlikli fotodetektorlaryň geljegi aşakdaky meýilleri görkezer:

Maglumatlaryň ýokary tizligi: 800G we 1.6T ötüriji-transwiwerleriniň ösüşini höweslendirýär; 100 GHz-den ýokary geçirijilik ukyby bolan fotodetektorlar gerek.

Gowulandyrylan integrasiýa: III-V materialynyň we kremniýiň ýeke çip integrasiýasy; Ösen 3D integrasiýa tehnologiýasy.

Täze materiallar: Ultra çalt ýagtylygy anyklamak üçin iki ölçegli materiallary (meselem, grafen) öwrenmek; Uzadylan tolkun uzynlygyny örtmek üçin täze IV topar garyndysy.

Täze peýda bolýan ulanylyşlar: LiDAR we beýleki duýujy ulanylyşlar APD-niň ösüşini öňe sürýär; Mikrotolkunly foton ulanylyşlary ýokary çyzykly fotodetektorlary talap edýär.

Ýokary tizlikli fotodetektorlar, esasanam Ge ýa-da Si fotodetektorlary, kremniý esasly optoelektronikanyň we täze nesil optiki aragatnaşygyň esasy hereketlendiriji güýjüne öwrüldi. Materiallarda, enjam dizaýnynda we integrasiýa tehnologiýalarynda dowamly ösüşler geljekki maglumat merkezleriniň we telekommunikasiýa ulgamlarynyň artýan geçirijilik talaplaryny kanagatlandyrmak üçin möhümdir. Bu ugur ösüşini dowam etdirýän mahaly, ýokary geçirijilik ukybyna, pes şowhuna we elektron we fotonik zynjyrlar bilen üznüksiz integrasiýa eýe bolan fotodetektorlary görmegimizi garaşyp bileris.