Silikon fotonikanyň işjeň elementi

Silikon fotonikanyň işjeň elementi

Fotonikanyň işjeň komponentleri, ýagtylyk bilen materiýanyň arasynda bilkastlaýyn döredilen dinamiki täsirleri aňladýar. Fotonikanyň adaty işjeň komponenti optiki modulýatordyr. Häzirki kremniý esaslyoptiki modulýatorlarplazma erkin göterijiniň täsirine esaslanýar. Doping, elektrik ýa-da optiki usullar bilen kremniý materialyndaky erkin elektronlaryň we deşikleriň sanyny üýtgetmek, çylşyrymly refraktiw görkezijisini üýtgedip biler, bu bolsa Soref we Bennetiň maglumatlary 1550 nanometr tolkun uzynlygynda ýerleşdirilen (1,2) deňlemelerde görkezilýär. . Elektronlar bilen deňeşdirilende, deşikler hakyky we hyýaly refraktiw indeks üýtgemeleriniň has köp bölegine sebäp bolýar, ýagny belli bir ýitginiň üýtgemegi üçin has uly faza üýtgemesini döredip biler we ş.m.Mach-Zehnder modulýatorlarywe halka modulýatorlary, ýasamak üçin deşikleri ulanmagy makul bilýärlerfaza modulýatorlary.

Dürlikremniý (Si) modulýatorgörnüşleri 10A suratda görkezilýär. Daşaýjy sanjym modulýatorynda ýagtylyk gaty giň çatrykda içerki kremniniň içinde ýerleşýär we elektronlara we deşiklere sanjym edilýär. Şeýle-de bolsa, şeýle modulýatorlar has haýal, adatça 500 MGs geçirijilik giňligi bilen bolýar, sebäbi erkin elektronlar we deşikler sanjymdan soň rekombinasiýa üçin has köp wagt alýar. Şonuň üçin bu gurluş köplenç modulýator däl-de, üýtgeýän optiki berkitme (VOA) hökmünde ulanylýar. Daşaýjynyň tükenmegi modulýatorynda ýagtylyk bölegi dar pn çatrygynda ýerleşýär we pn çatrygynyň könelişen giňligi ulanylýan elektrik meýdany bilen üýtgedilýär. Bu modulýator 50Gb / s-dan ýokary tizlikde işläp bilýär, ýöne ýokary fon goýmak ýitgisi bar. Adaty vpil 2 V-sm. Metal oksid ýarymgeçiriji (MOS) (aslynda ýarymgeçiriji-oksid-ýarymgeçiriji) modulýator pn çatrygynda inçe oksid gatlagyny öz içine alýar. Käbir daşaýjy ýygnamaga, şeýle hem daşaýjynyň tükenmegine mümkinçilik döredýär, has kiçi VπL takmynan 0,2 V-sm mümkinçilik berýär, ýöne has ýokary optiki ýitgileriň we birligiň uzynlygy üçin has ýokary sygymlylygyň oňaýsyz tarapy bar. Mundan başga-da, SiGe (kremniy Germanium garyndysy) zolak gyrasy hereketine esaslanýan SiGe elektrik siňdiriş modulýatorlary bar. Mundan başga-da, siňdiriji metallar bilen aç-açan izolýatorlaryň arasynda geçmek üçin grafene bil baglaýan grafen modulýatorlary bar. Bular ýokary tizlikli, pes ýitgili optiki signal modulýasiýasyna ýetmek üçin dürli mehanizmleriň ulanylyşynyň dürlüligini görkezýär.

10-njy surat: (A) Silikon esasly optiki modulýator dizaýnlarynyň kesiş diagrammasy we (B) optiki detektor dizaýnlarynyň kesiş diagrammasy.

Silikon esasly birnäçe ýagtylyk detektorlary 10B suratda görkezilýär. Siňdiriji material germaniýdir (Ge). Ge tolkun uzynlygynda takmynan 1,6 mikrona çenli ýagtylygy siňdirip bilýär. Çep tarapda görkezilen häzirki wagtda iň täjirçilik taýdan üstünlikli gurluş. Ge ösýän P görnüşli doply kremniden durýar. Ge we Si 4% panjara gabat gelmeýär we ýerleşişini azaltmak üçin ilki bilen bufer gatlagy hökmünde SiGe-iň inçe gatlagy ösdürilýär. Ge gatlagynyň ýokarsynda N görnüşli doping ýerine ýetirilýär. Ortada metal ýarymgeçiriji-metal (MSM) fotodiod we APD (göç fotodetektor) sagda görkezilýär. APD-de göçürme sebiti Si-de ýerleşýär, III-V toparyndaky elementar materiallardaky göçme sebiti bilen deňeşdirilende has pes ses aýratynlyklaryna eýe.

Häzirki wagtda optiki girdejini kremniniň fotonikasy bilen birleşdirmekde aç-açan artykmaçlyklary bolan çözgütler ýok. 11-nji suratda gurnama derejesi boýunça gurnalan birnäçe mümkin wariant görkezilýär. Çep tarapda epitaksial ösen germaniý (Ge) optiki girdeji materialy, erbium doply (Er) aýna tolkun goragçylary (optiki nasos talap edýän Al2O3 ýaly) we epitaksial ösen galiý arsenidi (GaAs) ýaly monolit integrasiýa bar. kwant nokatlary. Indiki sütün, III-V topar girdeji sebitinde oksid we organiki baglanyşygy öz içine alýan wafli ýygnamak üçin has amatly. Indiki sütün, III-V topar çipini kremniniň wafliniň boşlugyna ornaşdyrmagy we soňra tolkun gorag gurluşyny işlemegi öz içine alýan çip-wafli gurnama. Bu ilkinji üç sütün çemeleşmesiniň artykmaçlygy, enjam kesilmezden ozal wafliň içinde doly synagdan geçirilip bilner. Iň sag sütün, kremniý çipleri III-V topar çiplerine gönüden-göni birikdirmegi, şeýle hem obýektiw we panjara birikdirijileri birikdirmegi öz içine alýan çip-çip ýygnamakdyr. Täjirçilik programmalaryna tarap tendensiýa diagrammanyň sagdan çep tarapyna has integrirlenen we toplumlaýyn çözgütlere geçýär.

11-nji surat: Silikon esasly fotonikalara optiki girdejiniň nähili birleşdirilendigi. Çepden saga geçip barýarkaňyz, önümçilik goýmak nokady kem-kemden yza gaýdýar.