Унсури фаъоли фотоникии кремний
Ҷузъҳои фаъоли фотоникӣ махсусан ба таъсири мутақобилаи динамикии қасдан тарҳрезишуда байни рӯшноӣ ва материя ишора мекунанд. Ҷузъи маъмулии фаъоли фотоникӣ модулятори оптикӣ мебошад. Ҳама кунунии асоси кремниймодуляторҳои оптикӣба таъсири интиқолдиҳандаи озоди плазма асос ёфтаанд. Тағйир додани шумораи электронҳо ва сӯрохиҳои озод дар маводи кремний бо истифода аз усулҳои легиркунӣ, электрикӣ ё оптикӣ метавонад нишондиҳандаи мураккаби шикасти онро тағйир диҳад, раванде, ки дар муодилаҳои (1,2) нишон дода шудааст, ки бо мувофиқ кардани маълумоти Сореф ва Беннетт дар дарозии мавҷи 1550 нанометр ба даст оварда шудаанд. Дар муқоиса бо электронҳо, сӯрохиҳо қисми бештари тағйироти нишондиҳандаи шикасти воқеӣ ва хаёлиро ба вуҷуд меоранд, яъне онҳо метавонанд тағирёбии фазаи калонтарро барои тағирёбии талафоти додашуда ба вуҷуд оранд, бинобар ин дарМодуляторҳои Мах-Зендерва модуляторҳои ҳалқавӣ, одатан истифодаи сӯрохиҳо барои сохтани онҳо афзалтар астмодуляторҳои фаза.
Гуногунмодулятори кремний (Si)Намудҳо дар расми 10A нишон дода шудаанд. Дар модулятори тазриқи интиқолдиҳанда, рӯшноӣ дар кремнийи дохилӣ дар дохили пайванди хеле васеъи пин ҷойгир аст ва электронҳо ва сӯрохиҳо ворид карда мешаванд. Аммо, чунин модуляторҳо сусттаранд, одатан бо паҳнои банди 500 МГц, зеро электронҳо ва сӯрохиҳои озод пас аз воридкунӣ барои якҷояшавии бештар вақт мегиранд. Аз ин рӯ, ин сохтор аксар вақт ҳамчун аттенюатори оптикии тағйирёбанда (VOA) ба ҷои модулятор истифода мешавад. Дар модулятори камшавии интиқолдиҳанда, қисми рӯшноӣ дар пайванди pn-и танг ҷойгир аст ва паҳнои камшавии пайванди pn аз ҷониби майдони электрикии татбиқшуда тағйир дода мешавад. Ин модулятор метавонад бо суръати аз 50 Гб/с зиёд кор кунад, аммо талафоти баланди воридкунии замина дорад. vpil маъмулӣ 2 В-см3 аст. Модулятори нимноқили оксиди металлӣ (MOS) (дар асл нимноқили оксид-нимноқил) дар пайванди pn қабати тунуки оксид дорад. Он имкон медиҳад, ки ҷамъшавии интиқолдиҳандаҳо ва инчунин камшавии интиқолдиҳандаҳо ба вуҷуд ояд ва VπL-и хурдтарро тақрибан 0,2 В-см2 имкон медиҳад, аммо камбудии талафоти оптикии баландтар ва иқтидори баландтар барои як воҳиди дарозӣ дорад. Илова бар ин, модуляторҳои ҷабби электрикии SiGe мавҷуданд, ки ба ҳаракати канори банди SiGe (хӯлаи кремнийи германий) асос ёфтаанд. Илова бар ин, модуляторҳои графен мавҷуданд, ки барои гузариш байни металлҳои ҷаббида ва изоляторҳои шаффоф ба графен такя мекунанд. Инҳо гуногунии татбиқи механизмҳои гуногунро барои ноил шудан ба модулятсияи сигнали оптикии баландсуръат ва камталафот нишон медиҳанд.
Расми 10: (A) Диаграммаи буриши уфуқии тарҳҳои гуногуни модуляторҳои оптикӣ дар асоси кремний ва (B) диаграммаи буриши уфуқии тарҳҳои детектори оптикӣ.
Дар расми 10B якчанд детекторҳои рӯшноӣ дар асоси кремний нишон дода шудаанд. Маводи ҷаббанда германий (Ge) мебошад. Ge қодир аст, ки рӯшноиро дар дарозии мавҷҳо то тақрибан 1,6 микрон ҷаббида гирад. Дар тарафи чап сохтори муваффақтарини пин имрӯз аз ҷиҳати тиҷоратӣ мебошад. Он аз кремнийи легиршудаи навъи P иборат аст, ки дар он Ge мерӯяд. Ge ва Si номувофиқати шабакавии 4% доранд ва барои кам кардани ҷойгиршавӣ, аввал қабати тунуки SiGe ҳамчун қабати буферӣ парвариш карда мешавад. Легиркунии навъи N дар болои қабати Ge анҷом дода мешавад. Дар мобайн фотодиоди металл-нимноқил-металл (MSM) нишон дода шудааст ва APD (Фотодетектори тарма) дар тарафи рост нишон дода шудааст. Минтақаи тарма дар APD дар Si ҷойгир аст, ки дар муқоиса бо минтақаи тарма дар маводҳои элементии гурӯҳи III-V хусусиятҳои садои пасттар дорад.
Дар айни замон, ҳеҷ роҳи ҳалле бо бартариятҳои возеҳ дар ҳамгироии афзоиши оптикӣ бо фотоникаи кремний вуҷуд надорад. Расми 11 якчанд вариантҳои имконпазирро нишон медиҳад, ки аз рӯи сатҳи васлкунӣ ташкил карда шудаанд. Дар тарафи чапи дур интегратсияҳои монолитӣ мавҷуданд, ки истифодаи германий (Ge)-и эпитаксиалӣ парваришёфтаро ҳамчун маводи афзоиши оптикӣ, роҳнамоҳои мавҷгири шишагии бо эрбий легиршуда (Er) (масалан, Al2O3, ки насоскунии оптикиро талаб мекунад) ва нуқтаҳои квантии арсениди галлий (GaAs)-и эпитаксиалӣ парваришёфтаро дар бар мегиранд. Сутуни навбатӣ васлкунии вафл ба вафл аст, ки пайванди оксидӣ ва органикиро дар минтақаи афзоиши гурӯҳи III-V дар бар мегирад. Сутуни навбатӣ васлкунии чип ба вафл аст, ки ҷойгиркунии чипи гурӯҳи III-V-ро ба ковокии вафли кремний ва сипас коркарди сохтори роҳнамои мавҷро дар бар мегирад. Бартарии ин равиши се сутуни аввал дар он аст, ки дастгоҳро пеш аз буридан дар дохили вафл пурра санҷидан мумкин аст. Сутуни росттарин васлкунии чип ба чип аст, ки пайвасткунии мустақими чипҳои кремнийро ба чипҳои гурӯҳи III-V, инчунин пайвасткунӣ тавассути линза ва пайвасткунакҳои панҷараро дар бар мегирад. Тамоюл ба сӯи барномаҳои тиҷоратӣ аз тарафи рост ба тарафи чапи диаграмма ба сӯи роҳҳои ҳалли бештар муттаҳид ва ҳамгирошуда ҳаракат мекунад.
Расми 11: Чӣ гуна афзоиши оптикӣ ба фотоникаи дар асоси кремний мавҷудбуда ворид карда мешавад. Ҳангоми ҳаракат аз чап ба рост, нуқтаи воридкунии истеҳсолӣ тадриҷан дар ин раванд ба ақиб ҳаракат мекунад.
Вақти нашр: 22 июли соли 2024