Սիլիկոնային ֆոտոնիկայի ակտիվ տարր

Սիլիկոնային ֆոտոնիկայի ակտիվ տարր

Photonics Ակտիվ բաղադրիչները հատուկ վերաբերում են լույսի եւ նյութի միջեւ դիտավորյալ դինամիկ փոխազդեցություններ: Ֆոտոնիկայի բնորոշ ակտիվ բաղադրիչը օպտիկական մոդուլ է: Բոլոր ընթացիկ սիլիկոնային հիման վրաՕպտիկական մոդուլատորներհիմնված են պլազմային անվճար կրիչի ազդեցության վրա: Սիլիկոնային նյութի եւ սիլիկոնային նյութի քանակի քանակը փոխելով դոպինգի, էլեկտրական կամ օպտիկական մեթոդներով կարող է փոխել իր բարդ ռեֆրակցիոն ինդեքսը, որը ներկայացված է 550 նանոմետր ալիքի երկարությամբ տվյալներ ստացված հավասարումների (1,2) կողմից: Էլեկտրոնների համեմատությամբ անցքերը առաջացնում են իրական եւ երեւակայական ռեֆրացիոն ինդեքսի փոփոխությունների ավելի մեծ մասը, այսինքն, նրանք կարող են ավելի մեծ փուլ փոխել տվյալ կորուստների փոփոխության համար, այնպես որMach-Zehnder Modulatorsեւ օղակների մոդուլատորներ, սովորաբար գերադասում է օգտագործել անցքերփուլային մոդուլատորներ.

ՏարատեսակSilicon (SI) մոդուլատորՏեսակները ներկայացված են Նկար 10-ում: Փոխադրողի ներարկման մոդուլատորում լույսը տեղակայված է ներբեռնային սիլիկոնում շատ լայնորեն ծուղակային հանգույցի մեջ, իսկ ներարկվում են էլեկտրոններ եւ անցքեր: Այնուամենայնիվ, նման մոդուլյատորները դանդաղ են, սովորաբար 500 ՄՀց թողունակությամբ, քանի որ անվճար էլեկտրոններ եւ անցքեր ներարկումից հետո ավելի երկար են վերափոխվում: Հետեւաբար, այս կառույցը հաճախ օգտագործվում է որպես փոփոխական օպտիկական ատիկ (VOA), այլ ոչ թե մոդուլատոր: Փոխադրողի ոչնչացման մոդուլյատորում լույսը գտնվում է նեղ pn հանգույցում, եւ PN հանգույցի ոչնչացման լայնությունը փոխվում է կիրառական էլեկտրական դաշտով: Այս մոդուլատորը կարող է գործել գերազանցություններով 50 ԳԲ / վ արագությամբ, բայց ունի բարձր ֆոնային տեղադրման կորուստ: Բնորոշ VPIL- ը 2 V-սմ է: Մետաղյա օքսիդի կիսահաղորդչային (մոզ) (իրականում կիսահաղորդչային օքսիդ-կիսահաղորդչային) մոդուլատորը պարունակում է բարակ օքսիդի շերտ PN հանգույցում: Այն թույլ է տալիս որոշակի փոխադրողի կուտակում, ինչպես նաեւ կրիչի ոչնչացում, ինչը թույլ է տալիս ավելի փոքր V- ի մոտ 0.2 V-սմ, բայց ունի ավելի բարձր օպտիկական կորուստների եւ ավելի բարձր հզորության թերություն: Բացի այդ, կան SIGE էլեկտրական կլանման մոդուլներ, որոնք հիմնված են SIGE- ի (SILICON Germanium Alloy) նվագախմբի շարժման վրա: Բացի այդ, կան գրաֆենային մոդուլատորներ, որոնք ապավինում են գրաֆենին `ներծծող մետաղների եւ թափանցիկ մեկուսիչների միջեւ անցնելու համար: Դրանք ցույց են տալիս տարբեր մեխանիզմների դիմումների բազմազանությունը `բարձր արագությամբ, ցածր կորուստների օպտիկական ազդանշանային մոդուլյացիայի հասնելու համար:

Գծապատկեր 10. ա) օպտիկական դետեկտորի ձեւավորման տարբեր սիլիկոնային օպտիկական մոդուլային ձեւավորման եւ (բ) խաչմերուկային դիագրամ:

Մի քանի սիլիկոնային լույսի դետեկտորներ ներկայացված են Գծապատկեր 10b- ում: Ներծծող նյութը գերմանական է (GE): GE- ն ի վիճակի է կլանել լույսը ալիքի երկարությունների վրա մինչեւ մոտ 1,6 միկրոն: Ձախ ցույց տրված է այսօր առավել առեւտրային հաջողված քորոց կառույցն այսօր: Այն բաղկացած է P- տիպի դոպեդ սիլիկոնից, որի վրա աճում է GE- ն: GE- ն եւ SI- ն ունեն 4% վանդակավոր անհամապատասխանություն, եւ տեղաշարժը նվազագույնի հասցնելու համար Sige- ի բարակ շերտը առաջին անգամ աճեցվում է որպես բուֆերային շերտ: N տիպի դոպինգը կատարվում է GE շերտի վերեւում: Metal- կիսահաղորդչային մետաղի (MSM) ֆոտոդիոդը ցուցադրվում է մեջտեղում, եւ APD (Ավալանշ ֆոտոդետրեկտոր) ցույց է տրված աջ կողմում: APD- ի Ավալանշ շրջանը գտնվում է SI- ում, որն ավելի ցածր աղմուկի բնութագրեր ունի III-V խմբում `II-V խմբում:

Ներկայումս սիլիկոնային ֆոտոնիկայով օպտիկական շահի ինտեգրման ակնհայտ առավելություններ չկան: Գծապատկեր 11-ը ցույց է տալիս հավաքների մակարդակի կազմակերպված մի քանի հնարավոր տարբերակներ: Հեռավոր ձախ մասում կան մոնոլիտ ինտեգրացիաներ, որոնք ներառում են Epitaxally Growium (GE) որպես օպտիկական շահույթի նյութեր, Erbium-doped (ER) ապակե ալիքային ալիք (օրինակ, al2o3), եւ Epitaxial աճեցված գալյում: Հաջորդ սյունը վաֆլի վաֆլի հավաքին է, ներգրավելով օքսիդի եւ օրգանական կապը III-V խմբի շահագործման շրջանում: Հաջորդ սյունը չիպ-վաֆլի ժողով է, որը ներառում է III-V խմբային Chip- ն ներդնել սիլիկոնային վաֆլի խոռոչի մեջ, այնուհետեւ մշակել ալիքային կառուցվածքը: Այս առաջին երեք սյունակի մոտեցման առավելությունն այն է, որ սարքը կարող է լիարժեք գործառնական փորձարկվել վաֆլի ներսում, նախքան կտրելը: Right-Most- ը Chip-chip հավաքումն է, ներառյալ սիլիկոնային չիպերի ուղղակի զուգակցումը III-V խմբային չիպսեր, ինչպես նաեւ զուգակցվում է ոսպնյակների եւ քերող զույգերի միջոցով: Առեւտրային դիմումների նկատմամբ ուղղված միտումը գծապատկերի ձախ կողմում է շարժվում դեպի ավելի ինտեգրված եւ ինտեգրված լուծումներ:

Գծապատկեր 11. Ինչպես է օպտիկական շահը ինտեգրված սիլիկոնային ֆոտոնիկայի մեջ: Ձախից աջ տեղափոխվելիս արտադրական տեղադրման կետն աստիճանաբար տեղափոխվում է գործընթացին: