Kremniy asosidagi optoelektronika uchun kremniy fotodetektorlari
Fotodetektorlaryorug'lik signallarini elektr signallariga aylantirish va ma'lumotlar uzatish tezligi yaxshilanishda davom etar ekan, kremniy asosidagi optoelektronika platformalari bilan integratsiyalashgan yuqori tezlikdagi fotodetektorlar keyingi avlod ma'lumotlar markazlari va telekommunikatsiya tarmoqlari uchun kalitga aylandi. Ushbu maqolada kremniy asosidagi germaniyga (Ge yoki Si fotodetektori) urg'u berilgan holda ilg'or yuqori tezlikdagi fotodetektorlarga umumiy nuqtai nazar taqdim etiladi.kremniy fotodetektorlariintegratsiyalashgan optoelektronika texnologiyasi uchun.
Germaniy kremniy platformalarida yaqin infraqizil yorug'likni aniqlash uchun jozibador materialdir, chunki u CMOS jarayonlari bilan mos keladi va telekommunikatsiya to'lqin uzunliklarida juda kuchli yutilishga ega. Eng keng tarqalgan Ge/Si fotodetektor tuzilishi pinli diod bo'lib, unda ichki germaniy P-tipli va N-tipli mintaqalar orasida joylashgan.
Qurilma tuzilishi 1-rasmda odatiy vertikal Ge yoki pin ko'rsatilgan.Si fotodetektorituzilishi:
Asosiy xususiyatlarga quyidagilar kiradi: kremniy substratida o'stirilgan germaniyni yutuvchi qatlam; Zaryad tashuvchilarning p va n kontaktlarini yig'ish uchun ishlatiladi; Yorug'likni samarali yutish uchun to'lqin yo'nalishi birikmasi.
Epitaksial o'sish: Ikki material orasidagi panjara nomuvofiqligi 4,2% bo'lgani uchun kremniyda yuqori sifatli germaniyni yetishtirish qiyin. Odatda ikki bosqichli o'sish jarayoni qo'llaniladi: past haroratda (300-400°C) bufer qatlamining o'sishi va germaniyning yuqori haroratda (600°C dan yuqori) cho'kishi. Bu usul panjara nomuvofiqligi tufayli yuzaga keladigan rezba dislokatsiyalarini nazorat qilishga yordam beradi. 800-900°C da o'sishdan keyingi tavlash rezba dislokatsiya zichligini taxminan 10^7 sm^-2 gacha kamaytiradi. Ishlash xususiyatlari: Eng ilg'or Ge/Si PIN fotodetektori quyidagilarga erishishi mumkin: sezgirlik, 1550 nm da > 0,8A /W; o'tkazish qobiliyati, >60 gigagerts; qorong'u oqim, -1 V tarafkashlikda <1 μA.
Kremniy asosidagi optoelektronika platformalari bilan integratsiya
Integratsiyasiyuqori tezlikdagi fotodetektorlarKremniy asosidagi optoelektronika platformalari ilg'or optik qabul qilgichlar va o'zaro bog'lanishlarni ta'minlaydi. Ikkita asosiy integratsiya usuli quyidagilar: Old tomon integratsiyasi (FEOL), bu yerda fotodetektor va tranzistor bir vaqtning o'zida kremniy substratida ishlab chiqariladi, bu yuqori haroratli ishlov berish imkonini beradi, lekin chip maydonini egallaydi. Orqa tomon integratsiyasi (BEOL). Fotodetektorlar CMOS bilan aralashuvni oldini olish uchun metallning ustiga ishlab chiqariladi, ammo pastroq ishlov berish harorati bilan cheklangan.
2-rasm: Yuqori tezlikdagi Ge/Si fotodetektorining javob berish qobiliyati va o'tkazish qobiliyati
Ma'lumotlar markazi ilovasi
Yuqori tezlikdagi fotodetektorlar ma'lumotlar markazlari o'zaro aloqasining keyingi avlodida asosiy komponent hisoblanadi. Asosiy qo'llanmalar quyidagilarni o'z ichiga oladi: optik qabul qilgich-uzatgichlar: 100G, 400G va undan yuqori tezlikda, PAM-4 modulyatsiyasidan foydalangan holda; Ayuqori o'tkazuvchanlikdagi fotodetektor(>50 gigagerts) talab qilinadi.
Kremniy asosidagi optoelektronik integral sxema: detektorning modulyator va boshqa komponentlar bilan monolit integratsiyasi; Yilni, yuqori samarali optik dvigatel.
Tarqatilgan arxitektura: taqsimlangan hisoblash, saqlash va saqlash o'rtasidagi optik o'zaro bog'liqlik; Energiyani tejaydigan, yuqori o'tkazish qobiliyatiga ega fotodetektorlarga talabni oshirish.
Kelajakka qarash
Integratsiyalashgan optoelektronik yuqori tezlikdagi fotodetektorlarning kelajagi quyidagi tendentsiyalarni ko'rsatadi:
Yuqori ma'lumotlar uzatish tezligi: 800G va 1.6T transversiyalarining rivojlanishini rag'batlantirish; 100 gigagertsdan yuqori o'tkazish qobiliyatiga ega fotodetektorlar talab qilinadi.
Yaxshilangan integratsiya: III-V material va kremniyning bitta chipli integratsiyasi; Ilg'or 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 bo'lmoqda; Yuqori chiziqli fotodetektorlarni talab qiladigan mikroto'lqinli foton ilovalari.
Yuqori tezlikdagi fotodetektorlar, ayniqsa Ge yoki Si fotodetektorlari, kremniy asosidagi optoelektronika va keyingi avlod optik aloqasining asosiy omili bo'lib qoldi. Kelajakdagi ma'lumotlar markazlari va telekommunikatsiya tarmoqlarining o'sib borayotgan o'tkazish qobiliyatiga bo'lgan talablarini qondirish uchun materiallar, qurilmalar dizayni va integratsiya texnologiyalaridagi doimiy yutuqlar muhimdir. Ushbu soha rivojlanib borishi bilan biz yuqori o'tkazish qobiliyatiga, pastroq shovqinga va elektron va fotonik sxemalar bilan uzluksiz integratsiyaga ega fotodetektorlarni ko'rishimiz mumkin.
Nashr vaqti: 2025-yil 20-yanvar