Pikeun optoéléktronik basis silikon, fotodétéktor silikon (fotodétéktor Si)

Pikeun optoéléktronik basis silikon, fotodétéktor silikon

Photodetectorsngarobah sinyal cahaya jadi sinyal listrik, sareng nalika laju transfer data terus ningkat, fotodetektor kecepatan tinggi anu diintegrasikeun sareng platform optoelektronik berbasis silikon parantos janten konci pikeun pusat data sareng jaringan telekomunikasi generasi salajengna. Artikel ieu bakal nyayogikeun tinjauan ngeunaan fotodetektor kecepatan tinggi canggih, kalayan penekanan kana germanium berbasis silikon (fotodetektor Ge atanapi Si).fotodetektor silikonpikeun téknologi optoéléktronik anu terintegrasi.

Germanium mangrupikeun bahan anu pikaresepeun pikeun deteksi cahaya infrabeureum caket dina platform silikon sabab cocog sareng prosés CMOS sareng gaduh panyerepan anu kuat pisan dina panjang gelombang telekomunikasi. Struktur fotodetektor Ge/Si anu paling umum nyaéta dioda pin, dimana germanium intrinsik diapit di antara daérah tipe-P sareng tipe-N.

Struktur alat Gambar 1 nunjukkeun pin vertikal has Ge atanapiFotodetektor Sistruktur:

Fitur utama kalebet: lapisan panyerep germanium anu dipelak dina substrat silikon; Dianggo pikeun ngumpulkeun kontak p sareng n tina pamawa muatan; Kopling Waveguide pikeun panyerepan cahaya anu efisien.

Tumuwuhna epitaksial: Tumuwuhna germanium kualitas luhur dina silikon téh nangtang kusabab ketidakcocokan kisi 4,2% antara dua bahan éta. Prosés tumuwuhna dua léngkah biasana dipaké: tumuwuhna lapisan panyangga suhu handap (300-400°C) sareng déposisi germanium suhu luhur (di luhur 600°C). Métode ieu ngabantosan pikeun ngontrol dislokasi threading anu disababkeun ku ketidakcocokan kisi. Anil pasca-tumuwuh dina 800-900°C salajengna ngirangan kapadetan dislokasi threading janten sakitar 10^7 cm^-2. Karakteristik kinerja: Photodetektor PIN Ge/Si anu paling canggih tiasa ngahontal: résponsif, > 0,8A /W dina 1550 nm; Bandwidth, >60 GHz; Arus poék, <1 μA dina bias -1 V.

Integrasi sareng platform optoelektronik berbasis silikon

Integrasi tinafotodetektor kecepatan tinggikalayan platform optoelektronik berbasis silikon ngamungkinkeun transceiver optik canggih sareng interkoneksi. Dua metode integrasi utama nyaéta sapertos kieu: Integrasi front-end (FEOL), dimana photodetektor sareng transistor diproduksi sacara simultan dina substrat silikon anu ngamungkinkeun pamrosésan suhu luhur, tapi nyéépkeun daérah chip. Integrasi back-end (BEOL). Photodetektor diproduksi di luhur logam pikeun nyingkahan gangguan sareng CMOS, tapi diwatesan ku suhu pamrosésan anu langkung handap.

Gambar 2: Responsifitas sareng bandwidth tina fotodetektor Ge/Si kecepatan tinggi

Aplikasi pusat data

Fotodetektor kecepatan tinggi mangrupikeun komponén konci dina generasi salajengna tina interkoneksi pusat data. Aplikasi utama kalebet: transceiver optik: 100G, 400G sareng laju anu langkung luhur, nganggo modulasi PAM-4; Afotodetektor bandwidth tinggi(>50 GHz) diperyogikeun.

Sirkuit terpadu optoéléktronik basis silikon: integrasi monolitik detektor sareng modulator sareng komponén sanésna; Mesin optik anu kompak sareng berkinerja tinggi.

Arsitéktur terdistribusi: interkoneksi optik antara komputasi terdistribusi, panyimpenan, sareng panyimpenan; Ngaronjatkeun paménta pikeun fotodetektor anu hemat énergi sareng bandwidth tinggi.

Pandangan ka hareup

Masa depan fotodetektor optoelektronik kecepatan tinggi anu terintegrasi bakal nunjukkeun tren ieu:

Laju data anu langkung luhur: Ngadorong kamekaran transceiver 800G sareng 1.6T; Diperlukeun fotodetektor kalayan bandwidth anu langkung ageung tibatan 100 GHz.

Integrasi anu ditingkatkeun: Integrasi chip tunggal tina bahan III-V sareng silikon; Téhnologi integrasi 3D anu canggih.

Bahan anyar: Ngalenyepan bahan dua diménsi (sapertos graphene) pikeun deteksi cahaya ultra gancang; Aloi Grup IV anyar pikeun cakupan panjang gelombang anu langkung panjang.

Aplikasi anu muncul: LiDAR sareng aplikasi panginderaan anu sanésna ngadorong kamekaran APD; Aplikasi foton gelombang mikro anu meryogikeun fotodetektor linieritas anu luhur.

Fotodetektor kecepatan tinggi, khususna fotodetektor Ge atanapi Si, parantos janten pendorong konci optoelektronik berbasis silikon sareng komunikasi optik generasi salajengna. Kamajuan anu terus-terusan dina bahan, desain alat, sareng téknologi integrasi penting pikeun minuhan paménta bandwidth anu terus ningkat pikeun pusat data sareng jaringan telekomunikasi ka hareup. Nalika widang ieu terus mekar, urang tiasa ngarepkeun ningali fotodetektor kalayan bandwidth anu langkung luhur, noise anu langkung handap, sareng integrasi anu mulus sareng sirkuit éléktronik sareng fotonik.