Kanggo optoelektronik basis silikon, photodetector silikon (Si photodetector)

Kanggo optoelektronik basis silikon, photodetector silikon

PhotodetectorNgonversi sinyal cahya menyang sinyal listrik, lan minangka tarif transfer data terus kanggo nambah, fotodetektor kacepetan dhuwur Integrasi karo platform optoelektronik basis silikon wis dadi tombol kanggo pusat data generasi sabanjuré lan jaringan telekomunikasi. Artikel iki bakal menehi ringkesan fotodetektor kacepetan dhuwur sing canggih, kanthi penekanan ing germanium adhedhasar silikon (fotodetektor Ge utawa Si)silikon photodetectorkanggo teknologi optoelektronik terpadu.

Germanium minangka bahan sing menarik kanggo deteksi cahya inframerah cedhak ing platform silikon amarga kompatibel karo proses CMOS lan nduweni panyerepan sing kuat banget ing dawa gelombang telekomunikasi. Struktur fotodetektor Ge / Si sing paling umum yaiku dioda pin, ing ngendi germanium intrinsik diapit antarane wilayah P-jinis lan N-jinis.

Struktur piranti Figure 1 nuduhake pin vertikal khas Ge utawaIki detektor fotostruktur:

Fitur utama kalebu: lapisan penyerap germanium sing ditanam ing substrat silikon; Digunakake kanggo ngumpulake p lan n kontak operator daya; Kopling Waveguide kanggo panyerepan cahya sing efisien.

Wutah epitaxial: Ngembangake germanium kualitas dhuwur ing silikon angel amarga ora cocog kisi 4.2% ing antarane rong bahan kasebut. Proses pertumbuhan rong langkah biasane digunakake: suhu rendah (300-400 ° C) pertumbuhan lapisan buffer lan suhu dhuwur (luwih saka 600 ° C) deposisi germanium. Cara iki mbantu kanggo ngontrol dislokasi threading disebabake mismatches kisi. Anil sawise wutah ing 800-900 ° C luwih nyuda Kapadhetan dislokasi threading kanggo bab 10^7 cm^-2. Karakteristik kinerja: Photodetector PIN Ge / Si paling maju bisa entuk: responsif, > 0.8A / W ing 1550 nm; Bandwidth,> 60 GHz; Arus peteng, <1 μA ing bias -1 V.

Integrasi karo platform optoelektronik basis silikon

Integrasi sakaphotodetector kacepetan dhuwurkaro platform optoelektronik basis silikon mbisakake transceiver optik majeng lan interconnects. Loro cara integrasi utama minangka nderek: Integrasi ngarep-mburi (FEOL), ngendi photodetector lan transistor sing bebarengan diprodhuksi ing substrat silikon saéngga kanggo Processing suhu dhuwur, nanging njupuk munggah area chip. Integrasi Back-end (BEOL). Photodetectors diprodhuksi ing ndhuwur logam supaya gangguan karo CMOS, nanging diwatesi kanggo suhu Processing ngisor.

Figure 2: Responsiveness lan bandwidth saka kacepetan dhuwur Ge / Si photodetector

Aplikasi pusat data

Photodetector kanthi kacepetan dhuwur minangka komponen kunci ing interkoneksi pusat data generasi sabanjure. Aplikasi utama kalebu: transceiver optik: 100G, 400G lan tarif sing luwih dhuwur, nggunakake modulasi PAM-4; Aphotodetector bandwidth dhuwur(> 50 GHz) dibutuhake.

Sirkuit terpadu optoelektronik basis silikon: integrasi detektor monolitik karo modulator lan komponen liyane; Mesin optik sing kompak lan kinerja dhuwur.

Arsitektur sing disebarake: interkoneksi optik antarane komputasi, panyimpenan, lan panyimpenan sing disebarake; Nyopir panjaluk kanggo fotodetektor sing efisien energi lan bandwidth dhuwur.

Wawasan masa depan

Masa depan fotodetektor optoelektronik sing terintegrasi bakal nuduhake tren ing ngisor iki:

Tarif data sing luwih dhuwur: Nyopir pangembangan transceiver 800G lan 1.6T; Photodetector kanthi bandwidth luwih saka 100 GHz dibutuhake.

Integrasi sing luwih apik: Integrasi chip tunggal saka materi III-V lan silikon; Teknologi integrasi 3D canggih.

Materi anyar: Njelajah bahan rong dimensi (kayata graphene) kanggo deteksi cahya sing paling cepet; A alloy Group IV anyar kanggo jangkoan dawa gelombang lengkap.

Aplikasi sing berkembang: LiDAR lan aplikasi sensing liyane nyopir pangembangan APD; Aplikasi foton gelombang mikro sing mbutuhake photodetector linearitas dhuwur.

Photodetector kanthi kacepetan dhuwur, utamane fotodetektor Ge utawa Si, wis dadi pembalap kunci optoelektronik basis silikon lan komunikasi optik generasi sabanjure. Terus maju ing materi, desain piranti, lan teknologi integrasi penting kanggo nyukupi panjaluk bandwidth sing saya tambah akeh ing pusat data lan jaringan telekomunikasi ing mangsa ngarep. Nalika lapangan terus berkembang, kita bisa ngarepake ndeleng fotodetektor kanthi bandwidth sing luwih dhuwur, gangguan sing luwih murah, lan integrasi sing lancar karo sirkuit elektronik lan fotonik.