Барои оптоэлектроникаи дар асоси кремний, фотодетекторҳои кремний
Фотодетекторҳотабдил додани сигналҳои рӯшноӣ ба сигналҳои барқӣ ва бо беҳтар шудани суръати интиқоли маълумот, фотодетекторҳои баландсуръат, ки бо платформаҳои оптоэлектроникаи дар асоси кремний муттаҳидшуда ба калиди марказҳои додаҳои наслҳои оянда ва шабакаҳои телекоммуникатсионӣ табдил ёфтаанд. Дар ин мақола шарҳи мухтасари фотодетекторҳои пешрафтаи баландсуръат бо таъкид ба германийи дар асоси кремний (фотодетектори Ge ё Si) пешниҳод карда мешавад.фотодетекторҳои кремнийбарои технологияи оптоэлектроникаи ҳамгирошуда.
Германий маводи ҷолиб барои ошкоркунии нури наздики инфрасурх дар платформаҳои кремний аст, зеро он бо равандҳои CMOS мувофиқ аст ва дар дарозии мавҷҳои телекоммуникатсионӣ ҷабби хеле қавӣ дорад. Маъмултарин сохтори фотодетектори Ge/Si диоди пинӣ мебошад, ки дар он германии дохилӣ байни минтақаҳои навъи P ва навъи N ҷойгир аст.
Сохтори дастгоҳ Расми 1 пин-и амудии маъмулии Ge ё -ро нишон медиҳад.Фотодетектори Siсохтор:
Хусусиятҳои асосӣ инҳоянд: қабати ҷаббандаи германий, ки дар зеризаминии кремний парвариш карда мешавад; Барои ҷамъоварии контактҳои p ва n-и интиқолдиҳандаҳои заряд истифода мешавад; Пайвасткунии мавҷгир барои ҷабби самараноки рӯшноӣ.
Афзоиши эпитаксиалӣ: Парвариши германии баландсифат дар болои кремний бо сабаби номувофиқати шабакавии 4,2% байни ин ду мавод душвор аст. Одатан раванди думарҳилаи афзоиш истифода мешавад: афзоиши қабати буферӣ дар ҳарорати паст (300-400°C) ва ҷойгиршавии германии ҳарорати баланд (аз 600°C болотар). Ин усул барои назорат кардани ҷудошавии риштаҳо, ки аз сабаби номувофиқати шабака ба вуҷуд меоянд, кӯмак мекунад. Тақвияти пас аз афзоиш дар 800-900°C зичии ҷудошавии риштаро то тақрибан 10^7 см^-2 коҳиш медиҳад. Хусусиятҳои корӣ: Фотодетектори пешрафтаи Ge/Si PIN метавонад ба инҳо ноил гардад: вокуниш, > 0,8A /W дар 1550 нм; паҳнои банд, >60 ГГц; ҷараёни торик, <1 мкА дар -1 В.
Интегратсия бо платформаҳои оптоэлектроникаи дар асоси кремний
Ҳамгироиифотодетекторҳои баландсуръатбо платформаҳои оптоэлектроникаи дар асоси кремний мавҷудбуда имкон медиҳад, ки трансиверҳо ва пайвастҳои пешрафтаи оптикӣ сохта шаванд. Ду усули асосии ҳамгироӣ инҳоянд: Ҳамгироии фронталӣ (FEOL), ки дар он фотодетектор ва транзистор ҳамзамон дар рӯи субстрати кремний истеҳсол карда мешаванд, ки имкон медиҳад коркарди ҳарорати баланд анҷом дода шавад, аммо майдони чипро ишғол мекунад. Ҳамгироии пуштибонӣ (BEOL). Фотодетекторҳо дар болои металл истеҳсол карда мешаванд, то аз дахолат бо CMOS пешгирӣ карда шаванд, аммо бо ҳарорати пасттари коркард маҳдуданд.
Расми 2: Ҷавобгӯӣ ва паҳнои банд барои фотодетектори баландсуръати Ge/Si
Барномаи маркази додаҳо
Фотодетекторҳои баландсуръат ҷузъи калидӣ дар шабакаи пайвасти маркази додаҳо мебошанд. Барномаҳои асосӣ инҳоянд: қабулкунандаҳои оптикӣ: суръати 100G, 400G ва баландтар, бо истифода аз модулятсияи PAM-4;фотодетектори паҳнои баланди банд(>50 ГГц) талаб карда мешавад.
Схемаи интегралии оптоэлектронӣ дар асоси кремний: ҳамгироии монолитии детектор бо модулятор ва дигар ҷузъҳо; Муҳаррики оптикии компакт ва баландсифат.
Меъмории тақсимшуда: пайвастагии оптикӣ байни ҳисоббарории тақсимшуда, нигоҳдорӣ ва нигоҳдорӣ; Афзоиши талабот ба фотодетекторҳои каммасрафи энергия ва дорои паҳнои баланди банд.
Назари оянда
Ояндаи фотодетекторҳои баландсуръати оптоэлектронии ҳамгирошуда тамоюлҳои зеринро нишон медиҳанд:
Суръати баланди интиқоли маълумот: Таҳкими рушди трансиверҳои 800G ва 1.6T; Фотодетекторҳо бо паҳнои бандҳои зиёда аз 100 ГГц лозиманд.
Ҳамгироии беҳтаршуда: Ҳамгироии якчипии маводи III-V ва кремний; Технологияи пешрафтаи ҳамгироии сеченака.
Маводҳои нав: Омӯзиши маводҳои дученака (масалан, графен) барои ошкоркунии нури ултратез; Хӯлаи нави гурӯҳи IV барои фарогирии дарозии мавҷ.
Барномаҳои нав: LiDAR ва дигар барномаҳои сенсорӣ рушди APD-ро пеш мебаранд; Барномаҳои фотонии печи микроволновка, ки фотодетекторҳои хаттии баландро талаб мекунанд.
Фотодетекторҳои баландсуръат, бахусус фотодетекторҳои Ge ё Si, ба омили асосии оптоэлектроникаи кремний ва алоқаи оптикии насли оянда табдил ёфтаанд. Пешрафтҳои пайваста дар маводҳо, тарроҳии дастгоҳҳо ва технологияҳои ҳамгироӣ барои қонеъ кардани талаботи афзояндаи паҳнои банд барои марказҳои додаҳои оянда ва шабакаҳои телекоммуникатсионӣ муҳиманд. Бо рушди минбаъдаи ин соҳа, мо метавонем интизор шавем, ки фотодетекторҳоро бо паҳнои банд баландтар, садои пасттар ва ҳамгироии бефосила бо схемаҳои электронӣ ва фотонӣ бубинем.
Вақти нашр: 20 январи соли 2025