Silizio fotonikako elementu aktiboa
Fotonikaren osagai aktiboak argiaren eta materiaren arteko interakzio dinamikoei nahita diseinatutako interakzio dinamikoei dagokie bereziki. Fotonikaren osagai aktibo tipiko bat modulatzaile optiko bat da. Gaur egungo silizioan oinarritutako guztiakmodulatzaile optikoakplasma free eramaile efektuan oinarritzen dira. Doping, metodo elektriko edo optikoen bidez siliziozko material bateko elektroi eta zulo askeen kopurua aldatzeak bere errefrakzio-indize konplexua alda dezake, Soref eta Bennett-en datuak 1550 nanometroko uhin-luzeran egokituz lortutako (1,2) ekuazioetan agertzen den prozesu bat. . Elektroiekin alderatuta, zuloek errefrakzio-indize erreal eta imajinarioen aldaketen proportzio handiagoa eragiten dute, hau da, fase-aldaketa handiagoa sor dezakete galera-aldaketa jakin baterako, beraz,Mach-Zehnder modulatzaileaketa eraztun modulatzaileak, normalean zuloak erabiltzea hobetsi da egitekofase-moduladoreak.
Hainbatsilizio (Si) modulatzaileamotak 10A irudian agertzen dira. Eramaile-injekzio-moduladore batean, argia silizio intrintsekoan kokatzen da pin-juntura oso zabal baten barruan, eta elektroiak eta zuloak injektatzen dira. Hala ere, modulatzaileak motelagoak dira, normalean 500 MHz-ko banda-zabalera dutenak, elektroi libreek eta zuloek denbora gehiago behar baitute birkonbinatzeko injekzio ondoren. Hori dela eta, egitura hau modulatzaile bat baino atenuatzaile optiko aldakor (VOA) gisa erabiltzen da. Eramaile-agortze-moduladore batean, argi zatia pn juntura estu batean kokatzen da, eta pn junturaren agortze-zabalera aplikatutako eremu elektriko batek aldatzen du. Modulatzaile honek 50 Gb/s-tik gorako abiaduran funtziona dezake, baina atzeko planoko txertatze-galera handia du. Vpil tipikoa 2 V-cm-koa da. Metal oxidoaren erdieroalea (MOS) (benetan erdieroale-oxido-erdieroalea) modulagailu batek oxido geruza mehe bat dauka pn juntura batean. Eramailearen metaketa eta eramailearen agortzea ahalbidetzen du, 0,2 V-cm inguruko VπL txikiagoa ahalbidetuz, baina galera optiko handiagoak eta luzera unitateko kapazitate handiagoak ditu. Horrez gain, SiGe (siliziozko germanio aleazioa) bandaren ertzaren mugimenduan oinarritutako SiGe xurgapen elektrikoaren modulagailuak daude. Horrez gain, grafenoaren modulagailuak daude metal xurgatzaileen eta isolatzaile gardenen artean aldatzeko grafenoan oinarritzen direnak. Hauek mekanismo ezberdinen aplikazio aniztasuna erakusten dute abiadura handiko eta galera baxuko seinale optikoen modulazioa lortzeko.
10. Irudia: (A) Silizioan oinarritutako hainbat modulatzaile optikoen diseinuen zeharkako diagrama eta (B) detektagailu optikoen diseinuen zeharkako diagrama.
Silizioan oinarritutako hainbat argi-detektagailu ageri dira 10B irudian. Material xurgatzailea germanioa (Ge) da. Ge gai da argia xurgatzeko 1,6 mikra inguruko uhin-luzeretan. Ezkerrean ageri da gaur egungo pin-egitura komertzialki arrakastatsuena. Ge hazten den P motako dopatutako silizioz osatuta dago. Ge eta Si-k % 4ko sare-desegokia dute, eta dislokazioa minimizatzeko, SiGe-ren geruza mehe bat hazten da lehenik eta behin tampon geruza gisa. N motako dopina Ge geruzaren goiko aldean egiten da. Metal-erdieroale-metal (MSM) fotodiodo bat ageri da erdian, eta APD bat (elur-jausi Fotodetektagailua) eskuinaldean agertzen da. APDko elur-jausi-eskualdea Si-n kokatzen da, eta horrek zarata-ezaugarri baxuagoak ditu III-V taldeko material elementaletako elur-jausi-eskualdearekin alderatuta.
Gaur egun, ez dago abantaila ageriko irtenbiderik irabazi optikoa silizio fotonikarekin integratzeko. 11. irudiak muntaketa-mailaren arabera antolatutako hainbat aukera posible erakusten ditu. Ezkerreko muturrean, epitaxialki hazitako germanioa (Ge) irabazi optikoko material gisa, erbioz dopatutako (Er) beirazko uhin-gidak (adibidez, Al2O3, ponpaketa optikoa behar duena) eta epitaxialki hazitako galio arseniuroa (GaAs) erabiltzea barne hartzen duten integrazio monolitikoak daude. ) puntu kuantikoak. Hurrengo zutabea oblea eta ostia multzoa da, oxidoa eta lotura organikoa inplikatuz III-V taldeko irabazteko eskualdean. Hurrengo zutabea txip-oblea muntatzea da, hau da, III-V taldeko txipa silizioko oblearen barrunbean txertatzea eta, ondoren, uhin-gidaren egitura mekanizatzea. Lehenengo hiru zutabe hurbilketa honen abantaila da gailua guztiz funtzionala probatu daitekeela ostia barruan moztu aurretik. Eskuineko zutabea txip-tik txip-en muntaia da, siliziozko txipak III-V taldeko txipekin zuzeneko akoplazioa barne, baita lente eta sare-akoplagailuen bidez akoplatzea ere. Aplikazio komertzialen joera grafikoaren eskuinetik ezkerrera mugitzen ari da soluzio integratuago eta integratuagoetara.
11. irudia: nola integratzen den irabazi optikoa silizioan oinarritutako fotonikan. Ezkerretik eskuinera mugitzen zaren heinean, fabrikazio txertatze-puntua pixkanaka atzera egiten da prozesuan.
Argitalpenaren ordua: 2024-07-22