Kremniý fotonikasynyň işjeň elementi

Kremniý fotonikasynyň işjeň elementi

Fotonika işjeň komponentleri, esasan, ýagtylyk bilen maddanyň arasyndaky maksatly döredilen dinamiki özara täsirlere degişlidir. Fotonikanyň adaty işjeň komponenti optiki modulýatordyr. Häzirki kremniý esasly ählioptiki modulýatorlarplazma erkin daşaýjy täsirine esaslanýar. Kremniý materialyndaky erkin elektronlaryň we deşikleriň sanyny goşa, elektrik ýa-da optiki usullar bilen üýtgetmek onuň çylşyrymly döwülme görkezijisini üýtgedip biler, bu proses Soref we Bennettden alnan maglumatlary 1550 nanometr tolkun uzynlygynda sazlamak arkaly alnan (1,2) deňlemelerde görkezilýär. Elektronlar bilen deňeşdirilende, deşikler hakyky we hyýaly döwülme görkezijileriniň üýtgemeleriniň has uly bölegini döredýär, ýagny olar berlen ýitgi üýtgemesi üçin has uly faza üýtgemesini döredip bilerler, şonuň üçinMach-Zehnder modulatorlarywe halkaly modulýatorlarda, adatça, deşikleri ulanmak has amatlydyrfaza modulýatorlary.

Dürlikremniý (Si) modulýatorygörnüşleri 10A suratda görkezilen. Daşaýjy inýeksiýa modulýatorynda ýagtylyk içki kremniýde örän giň pinli birleşmäniň içinde ýerleşýär we elektronlar we deşikler inýeksiýa edilýär. Şeýle-de bolsa, şeýle modulýatorlar has haýal işleýär, adatça 500 MHz geçirijilik giňligi bilen, sebäbi erkin elektronlar we deşikler inýeksiýadan soň rekombinasiýa üçin has köp wagt alýar. Şonuň üçin bu gurluş köplenç modulýator däl-de, üýtgeýän optiki gowşadyjy (VOA) hökmünde ulanylýar. Daşaýjynyň azalma modulýatorynda ýagtylyk bölegi dar pn birleşmesinde ýerleşýär we pn birleşmesiniň azalma giňligi ulanylýan elektrik meýdany tarapyndan üýtgedilýär. Bu modulýator 50Gb/s-den ýokary tizlikde işläp bilýär, ýöne fonda ýokary goşulma ýitgisine eýedir. Adaty vpil 2 V-sm-dir. Metall oksid ýarymgeçiriji (MOS) (aslynda ýarymgeçiriji-oksid-ýarymgeçiriji) modulýatory pn birleşmesinde inçe oksid gatlagyny öz içine alýar. Ol käbir daşaýjylaryň toplanmagyna, şeýle hem daşaýjylaryň azalmagyna mümkinçilik berýär, takmynan 0,2 V-sm kiçi VπL-e mümkinçilik berýär, ýöne ýokary optik ýitgiler we birlik uzynlyk üçin ýokary kuwwatlylyk ýaly kemçiliklere eýedir. Mundan başga-da, SiGe (kremniý Germaniý garyndysy) zolagyň gyrasynyň hereketine esaslanýan SiGe elektrik siňdiriş modulýatorlary bar. Mundan başga-da, siňdiriji metallar we açyk izolýatorlar arasynda geçiş etmek üçin grafene daýanýan grafen modulýatorlary bar. Bular ýokary tizlikli, pes ýitgili optiki signal modulýasiýasyna ýetmek üçin dürli mehanizmleriň ulanylyşynyň dürlüligini görkezýär.

10-njy surat: (A) Kremniý esasly dürli optiki modulýator dizaýnlarynyň kese-kesiginiň diagrammasy we (B) optiki detektor dizaýnlarynyň kese-kesiginiň diagrammasy.

10B suratda kremniý esasly birnäçe ýagtylyk detektorlary görkezilen. Siňdiriji material germanium (Ge). Ge takmynan 1,6 mikrona çenli tolkun uzynlyklarynda ýagtylygy siňdirip bilýär. Çepde görkezilen, häzirki wagtda iň täjirçilik taýdan üstünlikli bolan iň gowy ştift gurluşy. Ol Ge ösýän P-tipli lehimli kremniýden ybarat. Ge we Si 4% tor gabat gelmezligine eýedir we dislokasiýany azaltmak üçin ilki bufer gatlagy hökmünde SiGe-niň inçe gatlagy ösdürilýär. N-tipli lehimleme Ge gatlagynyň ýokarsynda amala aşyrylýar. Ortada metal-ýarymgeçiriji-metal (MSM) fotodiody we APD (Gar uçguny fotodetektory) sag tarapda görkezilen. APD-däki gar uçguny sebiti Si-de ýerleşýär, ol III-V topar element materiallaryndaky gar uçguny sebitine garanyňda has pes ses häsiýetlerine eýedir.

Häzirki wagtda optiki güýçlendirmegi kremniý fotonikasyna integrasiýa etmekde aýdyň artykmaçlyklara eýe bolan çözgütler ýok. 11-nji suratda ýygnamak derejesi boýunça tertipleşdirilen birnäçe mümkin bolan wariantlar görkezilýär. Iň çep tarapda optiki güýçlendirme materialy hökmünde epitaksial ösdürilen germaniýiň (Ge) ulanylmagyny, erbiý bilen lehimlenen (Er) aýna tolkun geçirijilerini (optiki nasos talap edýän Al2O3 ýaly) we epitaksial ösdürilen galliý arsenidiniň (GaAs) kwant nokatlaryny öz içine alýan monolit integrasiýalar bar. Indiki sütun III-V topar güýçlendirme sebitinde oksid we organiki baglanyşygy öz içine alýan waferden wafere ýygnamakdyr. Indiki sütun çipden wafere ýygnamakdyr, ol III-V topar çipini kremniý waferiniň boşlugyna ýerleşdirmegi we soňra tolkun geçiriji gurluşyny işläp düzmegi öz içine alýar. Bu ilkinji üç sütunly çemeleşmäniň artykmaçlygy, enjamyň kesmezden öň waferiň içinde doly işjeň synagdan geçirilmeginiň mümkindigidir. Iň sagdaky sütun çipden çipe ýygnamakdyr, şol sanda kremniý çiplerini III-V topar çiplerine gönüden-göni birikdirmek, şeýle hem linza we torly birleşdirijiler arkaly birikdirmek. Söwda ulanylyşlaryna tarap meýil diagrammanyň sag tarapyndan çep tarapyna has integrasiýalaşdyrylan we birleşdirilen çözgütlere tarap geçýär.

11-nji surat: Optiki güýçlendirme kremniý esasly fotonika nähili integrasiýa edilýär. Çepden saga geçeniňizde, önümçilik girizme nokady prosesde kem-kemden yza süýşýär.