Ֆոտոնային ինտեգրալային սխեմայի (PIC) նյութական համակարգ

Ֆոտոնային ինտեգրալային սխեմայի (PIC) նյութական համակարգ

Սիլիկոնային ֆոտոնիկան մի ոլորտ է, որն օգտագործում է սիլիկոնային նյութերի վրա հիմնված հարթ կառուցվածքներ՝ լույսը ուղղորդելու համար՝ տարբեր գործառույթներ իրականացնելու համար: Այստեղ մենք կենտրոնանում ենք սիլիկոնային ֆոտոնիկայի կիրառման վրա՝ մանրաթելային օպտիկամանրաթելային կապի համար հաղորդիչներ և ընդունիչներ ստեղծելու գործում: Քանի որ տվյալ թողունակությամբ, տվյալ տարածքով և տվյալ արժեքով ավելի շատ հաղորդում ավելացնելու անհրաժեշտությունը մեծանում է, սիլիկոնային ֆոտոնիկան դառնում է ավելի տնտեսապես հիմնավորված: Օպտիկական մասի համար՝ֆոտոնային ինտեգրման տեխնոլոգիապետք է օգտագործվի, և այսօրվա կոհերենտ ընդունիչ-ընդունիչների մեծ մասը կառուցված է առանձին LiNbO3/պլարանար լույսի ալիքային սխեմայի (PLC) մոդուլյատորների և InP/PLC ընդունիչների միջոցով։

Նկար 1. Ցուցադրվում են լայնորեն օգտագործվող ֆոտոնային ինտեգրալ սխեմաների (PIC) նյութերից պատրաստված համակարգերը։

Նկար 1-ը ցույց է տալիս ամենատարածված PIC նյութական համակարգերը: Ձախից աջ՝ սիլիցիումի վրա հիմնված սիլիցիումի PIC-ը (հայտնի է նաև որպես PLC), սիլիցիումի վրա հիմնված մեկուսիչ PIC-ը (սիլիցիումի ֆոտոնիկա), լիթիումի նիոբատը (LiNbO3) և III-V խմբի PIC-ը, ինչպիսիք են InP-ն և GaAs-ը: Այս հոդվածը կենտրոնանում է սիլիցիումի վրա հիմնված ֆոտոնիկայի վրա:սիլիցիումային ֆոտոնիկա, լույսի ազդանշանը հիմնականում տարածվում է սիլիցիումի մեջ, որն ունի 1.12 էլեկտրոն վոլտ անուղղակի գոտիական բաց (1.1 միկրոն ալիքի երկարությամբ): Սիլիցիումը աճեցվում է մաքուր բյուրեղների տեսքով վառարաններում, ապա կտրատվում է վաֆլիների, որոնք այսօր սովորաբար ունեն 300 մմ տրամագիծ: Վաֆլիի մակերեսը օքսիդացվում է՝ առաջացնելով սիլիցիումի շերտ: Վաֆլիներից մեկը որոշակի խորությամբ ռմբակոծվում է ջրածնի ատոմներով: Այնուհետև երկու վաֆլիները միաձուլվում են վակուումում, և դրանց օքսիդային շերտերը կապվում են միմյանց հետ: Հավաքածուն կոտրվում է ջրածնի իոնի իմպլանտացիայի գծի երկայնքով: Այնուհետև ճաքի մոտ գտնվող սիլիցիումի շերտը հղկվում է, ի վերջո թողնելով բյուրեղային Si-ի բարակ շերտ՝ սիլիցիումի շերտի վրա գտնվող անձեռնմխելի սիլիցիումի «բռնակի» վաֆլի վրա: Այս բարակ բյուրեղային շերտից ձևավորվում են ալիքատարներ: Չնայած այս սիլիցիումի վրա հիմնված մեկուսիչ (SOI) վաֆլիները հնարավոր են դարձնում ցածր կորուստներով սիլիցիումային ֆոտոնիկական ալիքատարների ստեղծումը, դրանք իրականում ավելի հաճախ օգտագործվում են ցածր հզորության CMOS սխեմաներում՝ իրենց կողմից ապահովվող ցածր արտահոսքի հոսանքի պատճառով:

Սիլիցիումի վրա հիմնված օպտիկական ալիքատարերի բազմաթիվ հնարավոր ձևեր կան, ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ում: Դրանք տատանվում են միկրոմասշտաբի գերմանիումով լեգիրված սիլիցիումային ալիքատարերից մինչև նանոմասշտաբի սիլիցիումային մետաղալարային ալիքատարեր: Գերմանիումը խառնելով՝ հնարավոր է ստանալֆոտոդետեկտորներև էլեկտրական կլանումըմոդուլյատորներև հնարավոր է՝ նույնիսկ օպտիկական ուժեղացուցիչներ։ Սիլիցիումի լեգիրմամբ,օպտիկական մոդուլյատորկարելի է պատրաստել։ Ներքևի մասում՝ ձախից աջ, ներկայացված են՝ սիլիցիումային մետաղալարային ալիքատար, սիլիցիումի նիտրիդային ալիքատար, սիլիցիումի օքսինիտրիդային ալիքատար, հաստ սիլիցիումային ակոսավոր ալիքատար, բարակ սիլիցիումային նիտրիդային ալիքատար և լեգիրված սիլիցիումային ալիքատար։ Վերևում՝ ձախից աջ, ներկայացված են սպառման մոդուլյատորներ, գերմանիումի լուսադետեկտորներ և գերմանիումիօպտիկական ուժեղացուցիչներ.

Նկար 2. Սիլիցիումային օպտիկական ալիքատարերի շարքի լայնական կտրվածք, որը ցույց է տալիս տարածման բնորոշ կորուստները և բեկման ցուցիչները: