Silikon asosidagi optoelektronika, silikon fotodetektorlar uchun
Fotodetektorlaryorug'lik signallarini elektr signallariga aylantiradi va ma'lumotlarni uzatish tezligi yaxshilanishda davom etar ekan, silikon asosidagi optoelektronika platformalari bilan integratsiyalashgan yuqori tezlikdagi fotodetektorlar keyingi avlod ma'lumotlar markazlari va telekommunikatsiya tarmoqlarining kalitiga aylandi. Ushbu maqolada kremniy asosidagi germaniy (Ge yoki Si fotodetektori) ga e'tibor qaratgan holda ilg'or yuqori tezlikdagi fotodetektorlar haqida umumiy ma'lumot beriladi.silikon fotodetektorlarintegratsiyalashgan optoelektronika texnologiyasi uchun.
Germanium kremniy platformalarida yaqin infraqizil nurlarni aniqlash uchun jozibali materialdir, chunki u CMOS jarayonlariga mos keladi va telekommunikatsiya to'lqin uzunliklarida juda kuchli yutilishga ega. Ge/Si fotodetektorining eng keng tarqalgan tuzilishi bu pinli diod bo'lib, unda ichki germaniy P tipidagi va N tipidagi hududlar o'rtasida joylashgan.
Qurilmaning tuzilishi 1-rasmda odatiy vertikal pin Ge yoki ko'rsatilganFotodetektortuzilishi:
Asosiy xususiyatlarga quyidagilar kiradi: kremniy substratda o'stirilgan germaniyni yutuvchi qatlam; Zaryad tashuvchilarning p va n kontaktlarini yig'ish uchun foydalaniladi; Samarali yorug'likni singdirish uchun to'lqin uzatuvchi ulanish.
Epitaksial o'sish: kremniyda yuqori sifatli germaniyni etishtirish ikki material o'rtasidagi 4,2% panjara mos kelmasligi sababli qiyin. Odatda ikki bosqichli o'sish jarayoni qo'llaniladi: past haroratda (300-400 ° S) bufer qatlamining o'sishi va germaniyning yuqori haroratda (600 ° C dan yuqori) cho'kishi. Ushbu usul panjara mos kelmasligi natijasida yuzaga keladigan tishli dislokatsiyalarni nazorat qilishga yordam beradi. 800-900 ° S haroratda o'sishdan keyingi tavlanish ipning dislokatsiyasi zichligini taxminan 10 ^ 7 sm ^ -2 ga kamaytiradi. Ishlash xususiyatlari: Eng ilg'or Ge/Si PIN fotodetektori quyidagilarga erishishi mumkin: sezgirlik, 1550 nm da > 0,8A / Vt; Tarmoqli kengligi,>60 gigagertsli; Qorong'i oqim, -1 V egilishda <1 mA.
Silikon asosidagi optoelektronika platformalari bilan integratsiya
ning integratsiyasiyuqori tezlikdagi fotodetektorlarkremniyga asoslangan optoelektronika platformalari bilan ilg'or optik qabul qiluvchilar va o'zaro ulanishlarni ta'minlaydi. Ikkita asosiy integratsiya usullari quyidagilardan iborat: Front-end integratsiyasi (FEOL), bu erda fotodetektor va tranzistor bir vaqtning o'zida silikon substratda ishlab chiqariladi, bu yuqori haroratda ishlov berishga imkon beradi, lekin chip maydonini egallaydi. Back-end integratsiyasi (BEOL). Fotodetektorlar CMOS bilan aralashuvni oldini olish uchun metallning tepasida ishlab chiqariladi, lekin pastroq ishlov berish harorati bilan cheklangan.
2-rasm: Yuqori tezlikdagi Ge/Si fotodetektorining sezgirligi va tarmoqli kengligi
Data markazi ilovasi
Yuqori tezlikdagi fotodetektorlar ma'lumotlar markazlari o'zaro ulanishining keyingi avlodining asosiy komponentidir. Asosiy ilovalar quyidagilardan iborat: optik qabul qiluvchilar: PAM-4 modulyatsiyasidan foydalangan holda 100G, 400G va undan yuqori tezlik; Ayuqori tarmoqli kengligi fotodetektori(>50 GHz) talab qilinadi.
Silikon asosidagi optoelektronik integral sxema: modulyator va boshqa komponentlar bilan detektorning monolitik integratsiyasi; Ixcham, yuqori samarali optik dvigatel.
Taqsimlangan arxitektura: taqsimlangan hisoblash, saqlash va saqlash o'rtasidagi optik o'zaro bog'liqlik; Energiyani tejaydigan, yuqori o'tkazish qobiliyatiga ega fotodetektorlarga bo'lgan talabni oshirish.
Kelajak istiqboli
Integratsiyalashgan optoelektronik yuqori tezlikdagi fotodetektorlarning kelajagi quyidagi tendentsiyalarni ko'rsatadi:
Yuqori ma'lumot uzatish tezligi: 800G va 1.6T qabul qiluvchilarni ishlab chiqish; 100 GGts dan ortiq tarmoqli kengligi bo'lgan fotodetektorlar talab qilinadi.
Yaxshilangan integratsiya: III-V materiali va kremniyning yagona chipli integratsiyasi; Kengaytirilgan 3D integratsiya texnologiyasi.
Yangi materiallar: ultra tez yorug'likni aniqlash uchun ikki o'lchovli materiallarni (masalan, grafen) o'rganish; Kengaytirilgan to'lqin uzunligini qoplash uchun yangi IV guruh qotishmasi.
Rivojlanayotgan ilovalar: LiDAR va boshqa sezgir ilovalar APD rivojlanishiga turtki beradi; Yuqori chiziqli fotodetektorlarni talab qiluvchi mikroto'lqinli foton ilovalari.
Yuqori tezlikdagi fotodetektorlar, ayniqsa Ge yoki Si fotodetektorlari kremniy asosidagi optoelektronika va keyingi avlod optik aloqalarining asosiy haydovchisiga aylandi. Materiallar, qurilmalar dizayni va integratsiya texnologiyalaridagi davomiy yutuqlar kelajakdagi ma'lumotlar markazlari va telekommunikatsiya tarmoqlarining o'tkazish qobiliyatiga bo'lgan talablarini qondirish uchun muhimdir. Maydon rivojlanishda davom etar ekan, biz yuqori tarmoqli kengligi, past shovqin va elektron va fotonik sxemalar bilan uzluksiz integratsiyaga ega fotodetektorlarni ko'rishni kutishimiz mumkin.
Yuborilgan vaqt: 20-yanvar-2025