Элементи фаъоли фотоникаи кремний

Элементи фаъоли фотоникаи кремний

Ҷузъҳои фаъоли фотоника махсусан ба таъсироти мутақобилаи динамикии байни рӯшноӣ ва модда дахл доранд. Як ҷузъи фаъоли фотоника модулятори оптикӣ мебошад. Ҳама дар асоси кремниймодуляторҳои оптикӣба таъсири интиқолдиҳандаи озоди плазма асос ёфтааст. Тағйир додани шумораи электронҳои озод ва сӯрохиҳои маводи кремний тавассути допинг, усулҳои электрикӣ ё оптикӣ метавонад шохиси шикастани мураккаби онро тағир диҳад, ин раванд дар муодилаҳои (1,2) нишон дода шудааст, ки тавассути мувофиқ кардани маълумоти Сореф ва Беннетт дар дарозии мавҷи 1550 нанометр ба даст оварда шудааст. . Дар муқоиса бо электронҳо, сӯрохҳо қисми зиёди тағирёбии шохиси рефраксияи воқеӣ ва хаёлиро ба вуҷуд меоранд, яъне онҳо метавонанд барои тағирёбии талафоти додашуда тағирёбии фазаҳои калонтарро ба вуҷуд оранд, бинобар ин дарМодуляторҳои Mach-Zehnderва модуляторҳои ҳалқавӣ, одатан барои сохтани сӯрохиҳо бартарӣ дода мешавадмодуляторҳои фазавӣ.

Гуногунмодулятори кремний (Si).намудхо дар расми 10А нишон дода шудаанд. Дар модулятори инъекцияи интиқолдиҳанда, нур дар кремнийи дохилӣ дар дохили як нуқтаи хеле васеъ ҷойгир аст ва электронҳо ва сӯрохиҳо ворид карда мешаванд. Бо вуҷуди ин, чунин модуляторҳо сусттаранд, маъмулан бо фарохмаҷрои 500 МГс, зеро электронҳо ва сӯрохиҳои озод пас аз тазриқ дубора муттаҳид мешаванд. Аз ин рӯ, ин сохтор аксар вақт ҳамчун сусткунандаи оптикии тағйирёбанда (VOA) истифода мешавад, на модулятор. Дар модулятори камшавии интиқолдиҳанда қисми рӯшноӣ дар гузаргоҳи танги pn ҷойгир аст ва паҳнои камшавии пайванди pn тавассути майдони электрикии татбиқшаванда тағир меёбад. Ин модулятор метавонад бо суръати зиёда аз 50 Гб/с кор кунад, аммо талафоти баланди воридкунии замина дорад. Vpil маъмулӣ 2 V-см аст. Модулятори нимноқилҳои оксиди металлӣ (MOS) (воқеан нимноқил-оксиди нимноқил) дорои қабати тунуки оксиди дар пайванди pn мебошад. Он имкон медиҳад, ки каме ҷамъшавии интиқолдиҳанда ва инчунин камшавии интиқолдиҳанда, имкон медиҳад, ки VπL камтар аз тақрибан 0,2 В-см, аммо нуқсони талафоти оптикии баландтар ва иқтидори баландтар барои як воҳиди дарозӣ дорад. Илова бар ин, модуляторҳои азхудкунии барқии SiGe мавҷуданд, ки ба ҳаракати канори банди SiGe (хӯлаи кремнийи Germanium) асос ёфтаанд. Илова бар ин, модуляторҳои графен мавҷуданд, ки барои гузаштан байни металлҳои азхудкунанда ва изоляторҳои шаффоф ба графен такя мекунанд. Инҳо гуногунии татбиқи механизмҳои гуногунро барои ноил шудан ба модулятсияи сигнали оптикии кам-суръат нишон медиҳанд.

Тасвири 10: (A) Диаграммаи салиб-сессияи тарҳҳои гуногуни модулятори оптикии кремний ва (B) диаграммаи буришҳои тарҳҳои детектори оптикӣ.

Якчанд детекторҳои нури кремний дар расми 10B нишон дода шудаанд. Маводи азхудкунанда германий (Ge) мебошад. Ge қодир аст нурро дар дарозии мавҷҳо то тақрибан 1,6 микрон бирӯяд. Дар тарафи чап сохтори бомуваффақияти пинҳои имрӯза нишон дода шудааст. Он аз кремнийи навъи P иборат аст, ки дар он Ge мерӯяд. Ge ва Si номутобиқатии 4% панҷара доранд ва барои кам кардани дислокатсия, аввал қабати тунуки SiGe ҳамчун қабати буферӣ парвариш карда мешавад. Допинги навъи N дар болои қабати Ge анҷом дода мешавад. Дар мобайн фотодиоди металлӣ-нимноқилӣ-металлӣ (MSM) ва APD (Фотодетектори тарма) дар тарафи рост нишон дода шудааст. Минтақаи тармафароӣ дар APD дар Си ҷойгир аст, ки дар муқоиса бо минтақаи тармафароӣ дар маводи элементарии Гуруҳи III-V хусусиятҳои садои пасттар дорад.

Дар айни замон, ҳеҷ гуна ҳалли дорои бартариҳои равшани ҳамгироии фоидаи оптикӣ бо фотоникаи кремний вуҷуд надорад. Дар расми 11 якчанд вариантҳои имконпазир, ки аз рӯи сатҳи васлкунӣ ташкил карда шудаанд, нишон дода шудааст. Дар тарафи чапи дур интегратсияҳои монолитӣ мавҷуданд, ки истифодаи германийи ба таври эпитаксиалӣ парваришёфта (Ge) ҳамчун маводи афзояндаи оптикӣ, мавҷҳои шишагии эрбиум (Er) (ба монанди Al2O3, ки насоси оптикиро талаб мекунад) ва арсениди эпитаксисӣ парваришёфтаи галий (GaAs) мебошанд. ) нуқтаҳои квантӣ. Сутуни навбатӣ вафли ба васлаки вафлиест, ки оксид ва пайванди органикиро дар минтақаи фоидаи гурӯҳи III-V дар бар мегирад. Сутуни навбатӣ монтажи чип-ба пластинка мебошад, ки он ҷобаҷо кардани чипи гурӯҳи III-V ба холигии вафли кремний ва баъд коркарди сохтори мавҷи мавҷро дар бар мегирад. Бартарии ин равиши се сутуни аввал дар он аст, ки дастгоҳ метавонад пеш аз буридан дар дохили вафли пурра санҷида шавад. Сутуни аз ҳама рост монтажи чип ба чип мебошад, аз ҷумла пайвасти мустақими микросхемаҳои кремний ба микросхемаҳои гурӯҳи III-V, инчунин пайвастшавӣ тавассути линзаҳо ва пайвасткунакҳо. Тамоюли барномаҳои тиҷоратӣ аз рост ба чапи диаграмма ба сӯи ҳалли ҳамгирошуда ва ҳамгирошуда ҳаракат мекунад.

Тасвири 11: Чӣ гуна фоидаи оптикӣ ба фотоникаи кремний асос ёфтааст. Вақте ки шумо аз чап ба рост ҳаракат мекунед, нуқтаи воридкунии истеҳсолот тадриҷан дар ин раванд бармегардад.