Кремний фотоникасының актив элементы
Фотоника актив компонентлары, аерым алганда, яктылык һәм матдә арасындагы махсус эшләнгән динамик үзара бәйләнешләргә карый. Фотониканың типик актив компоненты - оптик модулятор. Хәзерге вакытта кремний нигезендәге барлыкоптик модуляторларплазманың ирекле йөртүче эффектына нигезләнгән. Кремний материалындагы ирекле электроннар һәм тишекләр санын легирлау, электр яки оптик ысуллар белән үзгәртү аның катлаулы сыну күрсәткечен үзгәртергә мөмкин, бу процесс Сореф һәм Беннетт мәгълүматларын 1550 нанометр дулкын озынлыгында урнаштыру юлы белән алынган (1,2) тигезләмәләрдә күрсәтелгән. Электроннар белән чагыштырганда, тишекләр чын һәм уйдырма сыну күрсәткече үзгәрешләренең зуррак өлешенә китерә, ягъни алар бирелгән югалту үзгәреше өчен зуррак фаза үзгәрешен китереп чыгара ала, шуңа күрәМах-Зендер модуляторларыһәм боҗра модуляторлары өчен, гадәттә, тишекләр куллану өстенлеклерәкфаза модуляторлары.
Төрлекремний (Si) модуляторытөрләре 10А рәсемдә күрсәтелгән. Йөк ташучы инъекция модуляторында яктылык бик киң контактлы тоташу эчендәге эчке кремнийда урнашкан, һәм электроннар һәм тишекләр инъекцияләнә. Ләкин мондый модуляторлар акрынрак эшли, гадәттә 500 МГц полоса киңлегендә, чөнки ирекле электроннар һәм тишекләр инъекциядән соң рекомбинация өчен озаграк вакыт ала. Шуңа күрә бу структура еш кына модулятор түгел, ә үзгәрүчән оптик аттенюатор (VOA) буларак кулланыла. Йөк ташучының кимү модуляторында яктылык өлеше тар pn тоташуында урнашкан, һәм pn тоташуының кимү киңлеге кулланылган электр кыры белән үзгәртелә. Бу модулятор 50 Гб/с тан артык тизлектә эшли ала, ләкин фон кертү югалтуы югары. Гадәти vpil 2 В-см3 тәшкил итә. Металл оксид ярымүткәргеч (MOS) (чынлыкта ярымүткәргеч-оксид-ярымүткәргеч) модуляторы pn тоташуында юка оксид катламын үз эченә ала. Бу ташучыларның бераз туплануына, шулай ук ташучыларның кимүенә мөмкинлек бирә, якынча 0,2 В-см3 кечерәк VπL мөмкинлеге бирә, ләкин югарырак оптик югалтулар һәм берәмлек озынлыкка югарырак сыйдырышлык кебек кимчелекләргә ия. Моннан тыш, SiGe (кремний германий эретмәсе) тасма кырые хәрәкәтенә нигезләнгән SiGe электр абсорбция модуляторлары бар. Моннан тыш, абсорбцияләүче металлар һәм үтә күренмәле изоляторлар арасында күчү өчен графенга таяна торган графен модуляторлары бар. Алар югары тизлекле, түбән югалтулы оптик сигнал модуляциясенә ирешү өчен төрле механизмнарның кулланылышларының төрлелеген күрсәтә.
10 нчы рәсем: (A) Кремний нигезендәге төрле оптик модулятор конструкцияләренең кисемтә диаграммасы һәм (B) оптик детектор конструкцияләренең кисемтә диаграммасы.
10B рәсемендә кремний нигезендәге берничә яктылык детекторы күрсәтелгән. Йотучы материал - германий (Ge). Ge якынча 1,6 микронга кадәр дулкын озынлыкларында яктылыкны йота ала. Сулда күрсәтелгәнчә, бүгенге көндә иң коммерция яктан уңышлы штифт структурасы. Ул P-типтагы легирланган кремнийдан тора, аның өстендә Ge үсә. Ge һәм Si 4% рәшәткә туры килми, һәм дислокацияне минимальләштерү өчен, башта буфер катламы буларак SiGe нечкә катламы үстерелә. N-типтагы легирлау Ge катламының өске өлешендә башкарыла. Уртада металл-ярымүткәргеч-металл (MSM) фотодиоды, ә APD (Кар лавкасы фотодетекторы) уңда күрсәтелгән. APDдагы кар ишелү өлкәсе Siда урнашкан, ул III-V төркем элемент материалларындагы кар ишелү өлкәсе белән чагыштырганда түбәнрәк тавыш характеристикаларына ия.
Хәзерге вакытта оптик көчәйтүне кремний фотоникасы белән интеграцияләүдә ачык өстенлекләргә ия чишелешләр юк. 11 нче рәсемдә җыю дәрәҗәсе буенча оештырылган берничә мөмкин булган вариант күрсәтелгән. Иң сул якта эпитаксиаль рәвештә үстерелгән германий (Ge) оптик көчәйтү материалы буларак куллануны, эрбий белән легирланган (Er) пыяла дулкын үткәргечләрен (мәсәлән, оптик насослауны таләп итә торган Al2O3) һәм эпитаксиаль рәвештә үстерелгән галлий арсениды (GaAs) квант нокталарын үз эченә алган монолит интеграцияләр күрсәтелгән. Киләсе багана - III-V төркем көчәйтү өлкәсендә оксид һәм органик бәйләнешне үз эченә алган пластинадан пластинага җыю. Киләсе багана - чиптан пластинага җыю, ул III-V төркем чипын кремний пластинасы куышлыгына урнаштыруны һәм аннары дулкын үткәргеч структурасын эшкәртүне үз эченә ала. Бу беренче өч багана ысулының өстенлеге шунда ки, җайланманы кисү алдыннан пластина эчендә тулысынча функциональ сынап карарга мөмкин. Иң уң яктагы багана - чиптан пластинага җыю, шул исәптән кремний чипларын III-V төркем чипларына турыдан-туры тоташтыру, шулай ук линза һәм рәшәткә тоташтыргычлары аша тоташтыру. Коммерция кушымталарына таба тенденция диаграмманың уң ягыннан сул ягына күбрәк интеграцияләнгән һәм интеграцияләнгән чишелешләргә күчә.
11 нче рәсем: Оптик көчәйтү кремний нигезендәге фотоникага ничек интеграцияләнә. Сулдан уңга күчкәндә, җитештерү ноктасы процесс барышында әкренләп кире күчә.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 22 июле