Ֆոտոնային ինտեգրալ միացում (PIC) նյութական համակարգ

Ֆոտոնային ինտեգրալ միացում (PIC) նյութական համակարգ

Սիլիցիումի ֆոտոնիկան մի դիսցիպլին է, որն օգտագործում է հարթ կառուցվածքներ, որոնք հիմնված են սիլիցիումային նյութերի վրա՝ լույսն ուղղելու համար՝ հասնելու տարբեր գործառույթների: Այստեղ մենք կենտրոնանում ենք սիլիցիումի ֆոտոնիկայի կիրառման վրա՝ օպտիկամանրաթելային հաղորդակցությունների համար հաղորդիչներ և ընդունիչներ ստեղծելու համար: Քանի որ մեծանում է տվյալ թողունակության վրա ավելի շատ փոխանցում ավելացնելու անհրաժեշտությունը, տվյալ ոտնահետքը և տվյալ ծախսերը, սիլիցիումի ֆոտոնիկան դառնում է տնտեսապես ավելի առողջ: Օպտիկական մասի համար՝ֆոտոնիկ ինտեգրման տեխնոլոգիապետք է օգտագործվի, և այսօր համահունչ հաղորդիչները կառուցված են առանձին LiNbO3/ հարթ լույսի ալիքային շղթայի (PLC) մոդուլատորների և InP/PLC ընդունիչների միջոցով:

Նկար 1. Ցույց է տալիս սովորաբար օգտագործվող ֆոտոնիկ ինտեգրալ միացումների (PIC) նյութերի համակարգերը:

Նկար 1-ը ցույց է տալիս PIC նյութերի ամենատարածված համակարգերը: Ձախից աջ են սիլիցիումի վրա հիմնված սիլիցիումի PIC (նաև հայտնի է որպես PLC), սիլիցիումի վրա հիմնված մեկուսիչ PIC (սիլիցիումի ֆոտոնիկա), լիթիումի նիոբատ (LiNbO3) և III-V խմբի PIC, ինչպիսիք են InP և GaAs: Այս հոդվածը կենտրոնանում է սիլիցիումի վրա հիմնված ֆոտոնիկայի վրա: Մեջսիլիցիումի ֆոտոնիկա, լուսային ազդանշանը հիմնականում շարժվում է սիլիցիումով, որն ունի 1,12 էլեկտրոն վոլտ անուղղակի գոտի (1,1 մկմ ալիքի երկարությամբ)։ Սիլիկոնն աճեցվում է վառարաններում մաքուր բյուրեղների տեսքով, այնուհետև կտրատում են վաֆլիների, որոնք այսօր սովորաբար ունեն 300 մմ տրամագծով: Վաֆլի մակերեսը օքսիդացվում է՝ առաջացնելով սիլիցիումի շերտ: Վաֆլիներից մեկը ռմբակոծվում է ջրածնի ատոմներով որոշակի խորությամբ: Այնուհետև երկու վաֆլիները միաձուլվում են վակուումում և դրանց օքսիդային շերտերը կապվում են միմյանց հետ: Համագումարը կոտրվում է ջրածնի իոնների իմպլանտացիայի գծի երկայնքով: Այնուհետև ճեղքում գտնվող սիլիցիումի շերտը փայլեցնում է՝ ի վերջո թողնելով բյուրեղային Si-ի բարակ շերտ սիլիցիումի անձեռնմխելի «բռնակի» վաֆլի վերևում՝ սիլիցիումի շերտի վրա: Այս բարակ բյուրեղային շերտից առաջանում են ալիքատարներ։ Թեև սիլիցիումի վրա հիմնված մեկուսիչ (SOI) վաֆլիները հնարավոր են դարձնում ցածր կորստի սիլիցիումի ֆոտոնիկայի ալիքատարները, դրանք իրականում ավելի հաճախ օգտագործվում են ցածր էներգիայի CMOS սխեմաներում՝ նրանց տրամադրած ցածր արտահոսքի հոսանքի պատճառով:

Գոյություն ունեն սիլիցիումի վրա հիմնված օպտիկական ալիքատարների բազմաթիվ հնարավոր ձևեր, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում: Դրանք տատանվում են միկրոմասշտաբով գերմանիումով ներկված սիլիցիումի ալիքատարներից մինչև նանոմաշտաբի սիլիկոնային մետաղալար ալիքատարներ: Գերմանիումը խառնելով՝ կարելի է պատրաստելֆոտոդետեկտորներև էլեկտրական կլանումըմոդուլյատորներ, և, հնարավոր է, նույնիսկ օպտիկական ուժեղացուցիչներ: Սիլիցիումի դոպինգով, անօպտիկական մոդուլյատորկարելի է պատրաստել։ Ներքևից ձախից աջ են՝ սիլիցիումի մետաղալարերի ալիքատար, սիլիցիումի նիտրիդային ալիքատար, սիլիցիումի օքսինիտրիդի ալիքատար, հաստ սիլիցիումի սրածայր ալիքատար, բարակ սիլիցիումի նիտրիդային ալիքատար և սիլիցիումի լիցքավորված ալիքատար: Վերևում, ձախից աջ, կան սպառման մոդուլյատորներ, գերմանիումի ֆոտոդետեկտորներ և գերմանիումօպտիկական ուժեղացուցիչներ.

Նկար 2. Սիլիցիումի վրա հիմնված օպտիկական ալիքատարների շարքի խաչմերուկ, որը ցույց է տալիս տարածման բնորոշ կորուստները և բեկման ինդեքսները: