Kanggo optoelektronik berbasis silikon, fotodetektor silikon (fotodetektor Si)

Kanggo optoelektronika berbasis silikon, fotodetektor silikon

PhotodetectorNgonversi sinyal cahya dadi sinyal listrik, lan amarga kecepatan transfer data terus saya apik, fotodetektor kecepatan tinggi sing terintegrasi karo platform optoelektronik berbasis silikon wis dadi kunci kanggo pusat data lan jaringan telekomunikasi generasi sabanjure. Artikel iki bakal menehi ringkesan babagan fotodetektor kecepatan tinggi canggih, kanthi penekanan ing germanium berbasis silikon (fotodetektor Ge utawa Si).fotodetektor silikonkanggo teknologi optoelektronika terpadu.

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

Struktur piranti Gambar 1 nuduhake pin vertikal khas Ge utawaFotodetektor Sistruktur:

Fitur utama kalebu: lapisan panyerep germanium sing ditanam ing substrat silikon; Digunakake kanggo ngumpulake kontak p lan n saka pembawa muatan; Kopling Waveguide kanggo panyerepan cahya sing efisien.

Pertumbuhan epitaksial: Nandur germanium kualitas dhuwur ing silikon iku tantangan amarga ketidakcocokan kisi 4,2% antarane rong bahan kasebut. Proses pertumbuhan rong langkah biasane digunakake: pertumbuhan lapisan penyangga suhu rendah (300-400°C) lan pengendapan germanium suhu dhuwur (ndhuwur 600°C). Cara iki mbantu ngontrol dislokasi threading sing disebabake dening ketidakcocokan kisi. Anil pasca pertumbuhan ing 800-900°C luwih nyuda kapadhetan dislokasi threading dadi udakara 10^7 cm^-2. Karakteristik kinerja: Fotodetektor PIN Ge/Si sing paling canggih bisa entuk: responsif, > 0,8A /W ing 1550 nm; Bandwidth, >60 GHz; Arus peteng, <1 μA ing bias -1 V.

Integrasi karo platform optoelektronik berbasis silikon

Integrasi sakafotodetektor kecepatan tinggiKanthi platform optoelektronik berbasis silikon, transceiver lan interkoneksi optik canggih bisa digunakake. Rong cara integrasi utama yaiku: Integrasi front-end (FEOL), ing ngendi fotodetektor lan transistor diprodhuksi bebarengan ing substrat silikon sing ngidini pangolahan suhu dhuwur, nanging ngenggoni area chip. Integrasi back-end (BEOL). Fotodetektor diprodhuksi ing ndhuwur logam kanggo nyegah gangguan karo CMOS, nanging diwatesi ing suhu pangolahan sing luwih murah.

Gambar 2: Responsif lan bandwidth fotodetektor Ge/Si kecepatan tinggi

Aplikasi pusat data

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

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

Arsitektur terdistribusi: interkoneksi optik antarane komputasi terdistribusi, panyimpenan, lan panyimpenan; Ndorong panjaluk kanggo fotodetektor bandwidth dhuwur sing hemat energi.

Pandangan ing mangsa ngarep

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

Kecepatan data sing luwih dhuwur: Ndorong pangembangan transceiver 800G lan 1.6T; Fotodetektor kanthi bandwidth luwih saka 100 GHz dibutuhake.

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

Materi anyar: Njelajah materi rong dimensi (kayata graphene) kanggo deteksi cahya ultra-cepet; Paduan Grup IV anyar kanggo jangkoan dawa gelombang sing luwih dawa.

Aplikasi sing lagi muncul: LiDAR lan aplikasi penginderaan liyane ndorong pangembangan APD; Aplikasi foton gelombang mikro sing mbutuhake fotodetektor linearitas dhuwur.

Fotodetektor kecepatan tinggi, utamane fotodetektor Ge utawa Si, wis dadi pendorong utama optoelektronik berbasis silikon lan komunikasi optik generasi sabanjure. Kemajuan sing terus-terusan ing bahan, desain piranti, lan teknologi integrasi penting kanggo nyukupi panjaluk bandwidth sing saya tambah saka pusat data lan jaringan telekomunikasi ing mangsa ngarep. Nalika lapangan iki terus berkembang, kita bisa ngarepake fotodetektor kanthi bandwidth sing luwih dhuwur, gangguan sing luwih murah, lan integrasi sing lancar karo sirkuit elektronik lan fotonik.