Кремний нигезендәге оптоэлектроника өчен, кремний фотодетекторлары
Фотодетекторларяктылык сигналларын электр сигналларына әйләндерү, һәм мәгълүмат тапшыру тизлеге яхшыруны дәвам иткән саен, кремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары белән интеграцияләнгән югары тизлекле фотодетекторлар киләсе буын мәгълүмат үзәкләре һәм телекоммуникация челтәрләре өчен төп ачкычка әйләнде. Бу мәкаләдә кремний нигезендәге германийга (Ge яки Si фотодетекторы) басым ясап, алдынгы югары тизлекле фотодетекторларга гомуми күзәтү биреләчәк.кремний фотодетекторларыинтегральләштерелгән оптоэлектроника технологиясе өчен.
Германий кремний платформаларында якын инфракызыл яктылыкны ачыклау өчен җәлеп итүчән материал булып тора, чөнки ул CMOS процесслары белән туры килә һәм телекоммуникация дулкын озынлыкларында бик көчле сеңдерүгә ия. Иң еш очрый торган Ge/Si фотодетектор структурасы - пин-диод, анда эчке германий P-тип һәм N-тип өлкәләре арасында урнашкан.
Җайланма структурасы 1 нче рәсемдә гадәти вертикаль штифт Ge яки күрсәтелгән.Si фотодетекторыструктура:
Төп үзенчәлекләр арасында: кремний субстратында үстерелгән германийны сеңдерүче катлам; Заряд ташучыларның p һәм n контактларын җыю өчен кулланыла; Яктылыкны нәтиҗәле сеңдерү өчен дулкын юнәлеше тоташтыргычы.
Эпитаксиаль үсеш: Кремнийда югары сыйфатлы германий үстерү катлаулы, чөнки ике материал арасында 4,2% челтәр туры килми. Гадәттә ике этаплы үсеш процессы кулланыла: түбән температурада (300-400°C) буфер катламы үсеше һәм германийның югары температурада (600°C тан югарырак) утыруы. Бу ысул челтәр туры килмәү сәбәпле килеп чыккан җеп дислокацияләрен контрольдә тотарга ярдәм итә. 800-900°C температурада үскәннән соң җылыту җеп дислокациясе тыгызлыгын якынча 10^7 см^-2 гә кадәр киметә. Эшчәнлек үзенчәлекләре: Иң алдынгы Ge/Si PIN фотодетекторы түбәндәгеләргә ирешә ала: җавап бирүчәнлек, 1550 нм да > 0,8A /W; үткәрү киңлеге, >60 ГГц; караңгы ток, -1 В тайпылышта <1 мкА.
Кремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары белән интеграция
Интеграциясеюгары тизлекле фотодетекторларКремний нигезендәге оптоэлектроника платформалары алдынгы оптик кабул итүче-тапшыргычлар һәм үзара тоташтырулар мөмкинлеген бирә. Ике төп интеграция ысулы түбәндәгечә: Алгы өлеш интеграциясе (FEOL), анда фотодетектор һәм транзистор бер үк вакытта кремний субстратында җитештерелә, бу югары температуралы эшкәртү мөмкинлеген бирә, ләкин чип мәйданын ала. Арткы өлеш интеграциясе (BEOL). Фотодетекторлар CMOS белән комачаулаудан саклану өчен металл өстендә җитештерелә, ләкин түбәнрәк эшкәртү температуралары белән чикләнә.
2 нче рәсем: Югары тизлекле Ge/Si фотодетекторының җавап бирүчәнлеге һәм үткәрүчәнлек киңлеге
Мәгълүмат үзәге кушымтасы
Югары тизлекле фотодетекторлар киләсе буын мәгълүмат үзәге тоташуында төп компонент булып тора. Төп кулланылышларга түбәндәгеләр керә: оптик кабул итү-тапшыру җайланмалары: 100G, 400G һәм аннан да югарырак тизлекләр, PAM-4 модуляциясен кулланып;югары полосалы фотодетектор(>50 ГГц) кирәк.
Кремний нигезендәге оптоэлектрон интеграль схема: детекторның модулятор һәм башка компонентлар белән монолит интеграциясе; Компакт, югары җитештерүчән оптик двигатель.
Таратылган архитектура: таратылган исәпләү, саклау һәм саклау арасында оптик бәйләнеш; Энергияне нәтиҗәле кулланучы, югары үткәрүчәнлекле фотодетекторларга ихтыяҗны арттыру.
Киләчәккә караш
Интегральләштерелгән оптоэлектрон югары тизлекле фотодетекторларның киләчәге түбәндәге тенденцияләрне күрсәтәчәк:
Югарырак мәгълүмат тапшыру тизлеге: 800G һәм 1.6T трансиверларын үстерүне стимуллаштыру; 100 ГГц тан артык ешлыклы фотодетекторлар кирәк.
Яхшыртылган интеграция: III-V материалы һәм кремнийның бер чиплы интеграциясе; Алга киткән 3D интеграция технологиясе.
Яңа материаллар: ультра тиз яктылыкны ачыклау өчен ике үлчәмле материалларны (мәсәлән, графен) өйрәнү; озын дулкын озынлыгын каплау өчен яңа IV төркем корычмасы.
Яңа кушымталар: LiDAR һәм башка сизү кушымталары APD үсешен этәрә; югары сызыклы фотодетекторлар таләп итә торган микродулкынлы фотон кушымталары.
Югары тизлекле фотодетекторлар, бигрәк тә Ge яки Si фотодетекторлары, кремний нигезендәге оптоэлектроника һәм киләсе буын оптик элемтәнең төп хәрәкәтләндергеч көченә әйләнде. Материаллар, җайланмалар дизайны һәм интеграция технологияләре өлкәсендәге алгарыш киләчәктәге мәгълүмат үзәкләренең һәм телекоммуникация челтәрләренең үсә барган полоса киңлегенә ихтыяҗларын канәгатьләндерү өчен мөһим. Бу өлкә үсешен дәвам иткән саен, без югарырак полоса киңлегенә, түбәнрәк шау-шуга һәм электрон һәм фотоник схемалар белән өзлексез интеграциягә ия фотодетекторларны күрербез дип көтә алабыз.
Бастырып чыгару вакыты: 20 гыйнвар-2025