Fún àwọn optoelectronics tí a fi silicon ṣe, àwọn photodetectors silicon (Si photodetector)

Fún àwọn optoelectronics tí a fi silicon ṣe, àwọn olùwádìí fọ́tò silicon

Photodetectorsyí àwọn àmì ìmọ́lẹ̀ padà sí àwọn àmì iná mànàmáná, àti bí ìwọ̀n ìyípadà dátà ṣe ń tẹ̀síwájú láti dára síi, àwọn àwòrán oníyára gíga tí a fi àwọn ìrísí optoelectronics tí ó dá lórí silicon ti di pàtàkì sí àwọn ilé ìwádìí dátà ìran tuntun àti àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbánisọ̀rọ̀. Àpilẹ̀kọ yìí yóò pèsè àkópọ̀ àwọn àwòrán oníyára gíga tí ó ti ní ìlọsíwájú, pẹ̀lú ìtẹnumọ́ lórí germanium tí ó dá lórí silicon (Ge tàbí Si photodetector)àwọn olùwádìí fọ́tò sílíkónìfún ìmọ̀ ẹ̀rọ optoelectronics tí a ṣepọ.

Germanium jẹ́ ohun èlò tó fani mọ́ra fún wíwá ìmọ́lẹ̀ infurarẹẹdi lórí àwọn ìpele silicon nítorí pé ó bá àwọn ìlànà CMOS mu, ó sì ní ìfàmọ́ra tó lágbára gan-an ní àwọn ìgbì ìbánisọ̀rọ̀. Ìṣètò photodetector Ge/Si tó wọ́pọ̀ jùlọ ni pin diode, nínú èyí tí germanium intrinsic wà láàárín àwọn agbègbè irú P àti irú N.

Ìṣètò ẹ̀rọ Àwòrán 1 fi àmì ìdúróṣinṣin tí ó wọ́pọ̀ hàn Ge tàbíOlùwádìí fọ́tòeto:

Àwọn ohun pàtàkì tí ó wà nínú rẹ̀ ni: ìpele fífà germanium tí a gbìn sórí ohun èlò silicon; tí a lò láti kó àwọn ohun tí ó ní ipa p àti n jọ ti àwọn ohun èlò tí ń gbé ẹrù; ìsopọ̀ Waveguide fún gbígbà ìmọ́lẹ̀ dáradára.

Ìdàgbàsókè Epitaxial: Gbígbé germanium tó ga jùlọ lórí silicon jẹ́ ìpèníjà nítorí àìdọ́gba lattice 4.2% láàárín àwọn ohun èlò méjèèjì. Ìlànà ìdàgbàsókè ìgbésẹ̀ méjì ni a sábà máa ń lò: ìdàgbàsókè ìpele buffer tí ó lọ sílẹ̀ (300-400°C) àti ìfipamọ́ ooru gíga (tí ó ju 600°C lọ) ti germanium. Ọ̀nà yìí ń ran lọ́wọ́ láti ṣàkóso ìtúpalẹ̀ okùn tí ó jẹ́yọ láti inú àìdọ́gba lattice. Ìtúpalẹ̀ lẹ́yìn ìdàgbàsókè ní 800-900°C tún dín ìwọ̀n ìtúpalẹ̀ okùn kù sí nǹkan bí 10^7 cm^-2. Àwọn ànímọ́ iṣẹ́: Olùwádìí PIN Ge/Si tó ti ní ìlọsíwájú jùlọ lè ṣe àṣeyọrí: ìdáhùnpadà, > 0.8A /W ní 1550 nm; Ìwọ̀n Bandwidth,>60 GHz; Ọwọ́ dúdú, <1 μA ní -1 V bias.

Iṣọpọ pẹlu awọn iru ẹrọ optoelectronics ti o da lori silicon

Ìṣọ̀kan tiawọn photodetectors iyara gigapẹ̀lú àwọn ìpìlẹ̀ optoelectronics tí ó dá lórí silicon ń jẹ́ kí àwọn transceivers opitika tó ti ní ìlọsíwájú àti ìsopọ̀mọ́ra pọ̀ sí i. Àwọn ọ̀nà ìsopọ̀ pàtàkì méjì wọ̀nyí ni: Ìsopọ̀ iwájú-òpin (FEOL), níbi tí a ti ń ṣe photodetector àti transistor ní àkókò kan náà lórí ohun èlò silicon tí ó ń jẹ́ kí a lè ṣe iṣẹ́ ìgbóná-òtútù gíga, ṣùgbọ́n kí a gba agbègbè ërún. Ìsopọ̀ ẹ̀yìn-òpin (BEOL). A ń ṣe àwọn photodetectors lórí irin láti yẹra fún ìdènà pẹ̀lú CMOS, ṣùgbọ́n a fi ààlà sí àwọn iwọn otutu ìṣiṣẹ́ tí ó kéré sí i.

Àwòrán 2: Ìdáhùn àti ìfọ́tò tí ó ní iyàrá gíga Ge/Si

Ohun elo ile-iṣẹ data

Àwọn fọ́tò tí ó ń ṣe àwárí iyàrá gíga jẹ́ kókó pàtàkì nínú ìran tí ń bọ̀ ti ìsopọ̀mọ́ra àárín gbùngbùn dátà. Àwọn ohun èlò pàtàkì pẹ̀lú: àwọn transceivers optical: 100G, 400G àti àwọn ìwọ̀n gíga, nípa lílo modulation PAM-4;olùwádìí fọ́tò onípele gíga(>50 GHz) ni a nilo.

Sẹ́ẹ̀tì alágbékalẹ̀ optoelectronic tí a fi silicon ṣe: ìṣọ̀kan monolithic ti detector pẹ̀lú modulator àti àwọn èròjà míràn; Ẹ̀rọ opitika kékeré kan tí ó ní iṣẹ́ gíga.

Ìṣètò ìpínkiri: ìsopọ̀ opitika láàárín ìkọ́ǹpútà pínpín, ibi ìpamọ́, àti ibi ìpamọ́; Ìmú kí ìbéèrè fún àwọn fọ́tò tí ó ń lo agbára, tí ó sì ń lo bandwidth gíga.

Oju-ọjọ iwaju

Ọjọ́ iwájú àwọn photodetectors optoelectronic high-iyara remotecnic yóò fi àwọn àṣà wọ̀nyí hàn:

Oṣuwọn data ti o ga julọ: A n mu idagbasoke awọn transceivers 800G ati 1.6T wa; awọn photodetectors ti o ni bandwidth ti o ju 100 GHz lọ ni a nilo.

Ìṣọ̀kan tó dára síi: Ìṣọ̀kan ìṣàn kan ṣoṣo ti ohun èlò III-V àti ohun èlò silikoni; Ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣọ̀kan 3D tó ga jùlọ.

Àwọn ohun èlò tuntun: Ṣíṣe àwárí àwọn ohun èlò onípele méjì (bíi graphene) fún wíwá ìmọ́lẹ̀ kíákíá; Alloy tuntun kan fún ìbòjú gígùn ìgbì.

Àwọn ohun èlò tó ń jáde: LiDAR àti àwọn ohun èlò ìwádìí míràn ló ń darí ìdàgbàsókè APD; Àwọn ohun èlò fọ́tòn máíkrówéfù tó nílò àwọn ohun èlò ìwádìí gíga.

Àwọn fọ́tò tí ó ní ìyára gíga, pàápàá jùlọ àwọn fọ́tò tí ó ní Ge tàbí Si, ti di olórí ohun èlò ìwakọ̀ optoelectronics tí ó dá lórí silicon àti ìbánisọ̀rọ̀ ìran tí ń bọ̀. Ìlọsíwájú tí ó ń bá a lọ nínú àwọn ohun èlò, ṣíṣe àgbékalẹ̀ ẹ̀rọ, àti àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣọ̀kan ṣe pàtàkì láti bá àwọn ìbéèrè fọ́tò tí ń pọ̀ sí i ti àwọn ilé ìtajà dátà àti àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì ìbánisọ̀rọ̀ ọjọ́ iwájú mu. Bí pápá náà ṣe ń tẹ̀síwájú láti yípadà, a lè retí láti rí àwọn fọ́tò tí ó ní fọ́tò tí ó ní fọ́tò tí ó ga jù, ariwo tí ó dínkù, àti ìṣọ̀kan tí kò ní ìdààmú pẹ̀lú àwọn ẹ̀rọ itanna àti fọ́tòníkì.