Кремний нигезендәге оптоэлектроника өчен кремний фотодетекторлары (Si фотодетектор)

Кремнийга нигезләнгән оптоэлектроника өчен кремний фотодетекторлары өчен

Фотодетекторларяктылык сигналларын электр сигналларына әйләндерегез, һәм мәгълүмат тапшыру темплары яхшырган саен, кремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары белән интеграцияләнгән югары тизлекле фотодетекторлар киләсе буын мәгълүмат үзәкләре һәм телекоммуникация челтәрләре ачкычы булды. Бу мәкалә кремний нигезендәге германийга басым ясап, югары тизлекле фотодетекторларга күзәтү ясаячак (Ge яки Si фотодетектор)кремний фотодетекторларыинтеграль оптоэлектроника технологиясе өчен.

Германий кремний платформаларында инфракызыл яктылыкны ачыклау өчен кызыклы материал, чөнки ул CMOS процессларына туры килә һәм телекоммуникация дулкын озынлыкларында бик көчле үзләштерүгә ия. Иң еш очрый торган Ge / Si фотодетектор структурасы - пин диод, анда германий P-тип һәм N тибындагы төбәкләр арасында сандугачланган.

Devайланма структурасы 1-нче рәсемдә типик вертикаль пин Ge якиSi фотодетекторструктурасы:

Төп үзенчәлекләр: кремний субстратында үскән германий сеңдерүче катлам; Корылма йөртүчеләрнең p һәм n контактларын җыю өчен кулланыла; Яктылыкны үзләштерү өчен дулкынландыргыч кушылу.

Эпитаксиаль үсеш: Кремнийда югары сыйфатлы германий үстерү ике материал арасындагы 4,2% тәлинкәгә туры килмәү аркасында авыр. Ике этаплы үсеш процессы гадәттә кулланыла: түбән температура (300-400 ° C) буфер катламының үсүе һәм германийның югары температурасы (600 ° C-тан югары). Бу ысул такталарның туры килмәве аркасында җеп җепләрен контрольдә тотарга ярдәм итә. -9сештән соң 800-900 ° C температурада аннальинг җепнең урнашу тыгызлыгын 10 ^ 7 см ^ -2 кадәр киметә. Эшчәнлек характеристикалары: Иң алдынгы Ge / Si PIN фотодетекторга ирешә ала: җаваплылык,> 0.8A / W 1550 nm; Тирәнлек киңлеге,> 60 ГГц; Караңгы ток, <1 μA -1 V тигезлектә.

Кремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары белән интеграция

Интеграцияюгары тизлекле фотодетекторларкремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары белән алдынгы оптик транссиверлар һәм үзара бәйләнешләр булдырырга мөмкинлек бирә. Ике төп интеграция ысулы түбәндәгечә: Фронт-интеграция (FEOL), монда фотодетектор һәм транзистор бер үк вакытта кремний субстратында җитештерелә, югары температураны эшкәртергә мөмкинлек бирә, ләкин чип мәйданын ала. Арткы интеграция (BEOL). Фотодетекторлар CMOS белән комачауламас өчен металл өстендә җитештерелә, ләкин эшкәртү температурасы белән чикләнә.

Рәсем 2: speedгары тизлектәге Ge / Si фотодетекторының җаваплылыгы һәм киңлеге

Мәгълүмат үзәге кушымтасы

Speedгары тизлекле фотодетекторлар киләсе буын мәгълүмат үзәгенең үзара бәйләнешенең төп компоненты. Төп кушымталар үз эченә ала: оптик транссиверлар: 100G, 400G һәм югарырак ставкалар, PAM-4 модуляциясен кулланып; А.югары киңлек фотодетекторы(> 50 ГГц) кирәк.

Кремний нигезендәге оптоэлектрон интеграль схема: детекторның модульатор һәм башка компонентлар белән монолит интеграциясе; Компактлы, югары җитештерүчән оптик двигатель.

Бәйләнгән архитектура: таратылган исәпләү, саклау һәм саклау арасында оптик үзара бәйләнеш. Энергияне сак тотучы, югары киңлекле фотодетекторларга сорау.

Киләчәккә караш

Интеграль оптоэлектрон югары тизлекле фотодетекторларның киләчәге түбәндәге тенденцияләрне күрсәтәчәк:

Dataгары мәгълүмат ставкалары: 800G һәм 1,6T транссиверлар үсешенә этәргеч; 100 ГГцдан зуррак полоса киңлеге булган фотодетекторлар кирәк.

Яхшыртылган интеграция: III-V материал һәм кремнийның бер чип интеграциясе. Алга киткән 3D интеграция технологиясе.

Яңа материаллар: ультрафаст яктылыкны ачыклау өчен ике үлчәмле материалларны (графен кебек) барлау; Озын дулкын озынлыгын каплау өчен яңа төркем IV эретмәсе.

Килеп чыккан кушымталар: LiDAR һәм башка сизү кушымталары APD үсешенә этәргеч бирә; Highгары сызыклы фотодетекторлар таләп итүче микродулкынлы фотон кушымталары.

Speedгары тизлекле фотодетекторлар, аеруча Ge яки Si фотодетекторлары, кремний нигезендәге оптоэлектроника һәм киләсе буын оптик элемтәләренең төп драйверы булдылар. Материаллар, җайланмалар дизайны, интеграция технологияләренең өзлексез алгарышлары киләчәк мәгълүмат үзәкләренең һәм телекоммуникацион челтәрләрнең киңлек киңлеге таләпләрен канәгатьләндерү өчен мөһим. Кыр үсешен дәвам иткәндә, без югары полоса киңлеге, түбән тавыш, һәм электрон һәм фотоник схемалар белән бербөтен интеграцияләнгән фотодетекторларны күрербез.