Для оптаэлектронікі на аснове крэмнію, фотадэтэктары крэмнію
ФотадэтэктарыПераўтварэнне лёгкіх сігналаў у электрычныя сігналы, і па меры таго, як хуткасць перадачы дадзеных працягвае паляпшаць, хуткасныя фотадэтэктары, інтэграваныя з платформамі оптаэлектронікі на аснове крэмнію, сталі ключавымі для цэнтраў апрацоўкі дадзеных наступнага пакалення і сетак тэлекамунікацый. У гэтым артыкуле будзе прадстаўлены агляд перадавых хуткасных фотадэтэктараў з акцэнтам на германію на аснове крэмнію (GE або SI Photodetector)крэмніевыя фотадэтэктарыДля інтэграванай тэхналогіі оптаэлектронікі.
Германій з'яўляецца прывабным матэрыялам для амаль інфрачырвонага выяўлення святла на платформах крэмнію, паколькі ён сумяшчальны з працэсамі CMOS і мае надзвычай моцнае паглынанне на даўжынях хваль тэлекамунікацый. Самай распаўсюджанай структурай фотадэтэктара GE/Si з'яўляецца штыфт, у якім уласны германія заціснута паміж рэгіёнамі P-тыпу і N-тыпу.
Структура прылады Малюнак 1 паказвае тыповы вертыкальны штыфт GE абоSi PhotodetectorСтруктура:
Асноўныя прыкметы ўключаюць: германія, які паглынае пласт, вырашчаны на падкладцы крэмнію; Выкарыстоўваецца для збору P і N кантактаў носьбітаў зарада; Звязанне хваляводаў для эфектыўнага паглынання святла.
Эпітаксіяльны рост: вырошчванне высокай якасці германа на крэмнію з'яўляецца складанай задачай з -за 4,2% рашоткі паміж двума матэрыяламі. Звычайна выкарыстоўваецца двухэтапны працэс росту: нізкая тэмпература (300-400 ° C) рост буфера і высокая тэмпература (вышэй 600 ° С) адкладання германія. Гэты метад дапамагае кантраляваць дыслакацыі разьбы, выкліканыя неадпаведнасцю кратаў. Апал пасля росту пры 800-900 ° C яшчэ больш памяншае шчыльнасць дыслакацыі разьбы прыблізна да 10^7 см^-2. Характарыстыкі прадукцыйнасці: самы прасунуты фотадэтэктар GE /SI PIN можа дасягнуць: спагадлівасці,> 0,8A /W пры 1550 нм; Прапускная здольнасць,> 60 Ггц; Цёмны ток, <1 мкА пры зрушэнні -1 V.
Інтэграцыя з платформамі Optoelectronics на аснове крэмнію
ІнтэграцыяВысокахуткасныя фотадэтэктарыЗ платформамі Optoelectronics на аснове крэмнію дазваляе ўдасканальваць аптычныя прыёмы і ўзаемасувязі. Два асноўныя метады інтэграцыі наступныя: Інтэграцыя ў пярэдняй частцы (FEOL), дзе фотадэтэктар і транзістар адначасова вырабляюцца на крамянёвым падкладцы, што дазваляе апрацоўваць высокія тэмпературы, але прымаючы плошчу чыпаў. Інтэграцыя задняй часткі (BEOL). Фотадэтэктары вырабляюцца зверху металу, каб пазбегнуць перашкод у CMOS, але абмяжоўваюцца больш нізкай тэмпературай апрацоўкі.
Малюнак 2: Спагадлівасць і прапускная здольнасць хуткаснага фотадэтэктара GE/Si
Дадатак Цэнтра апрацоўкі дадзеных
Высокахуткасныя фотадэтэктары з'яўляюцца ключавым кампанентам у наступным пакаленні ўзаемасувязі цэнтраў апрацоўкі дадзеных. Асноўныя прыкладанні ўключаюць: аптычныя прыёмаперадатчыкі: 100 г, 400 г і больш высокія хуткасці, выкарыстоўваючы мадуляцыю PAM-4; АФотадэтэктар высокай прапускной здольнасці(> 50 Ггц) патрабуецца.
Аптаэлектронная інтэграваная схема на аснове крэмнію: маналітная інтэграцыя дэтэктара з модулятарам і іншымі кампанентамі; Кампактны, высокапрадукцыйны аптычны рухавік.
Размеркаваная архітэктура: аптычнае ўзаемасувязь паміж размеркаванымі вылічэннямі, захоўваннем і сховішчам; Прывядзенне попыту на энергаэфектыўныя фотадэтэктары з высокай прапускной здольнасцю.
Будучыя погляды
Будучыня інтэграваных оптаэлектронных хуткасных фотадэтэктараў пакажа наступныя тэндэнцыі:
Больш высокія паказчыкі дадзеных: кіраванне распрацоўкай 800 г і 1,6 Т прыёмаў; Фотадэтэктары з прапускной здольнасцю больш за 100 Ггц.
Палепшаная інтэграцыя: адзінкавая інтэграцыя чыпа матэрыялу і крэмнію III-V; Пашыраная тэхналогія 3D -інтэграцыі.
Новыя матэрыялы: вывучэнне двухмерных матэрыялаў (напрыклад, графена) для звышхуткага выяўлення святла; Новы сплаў IV групы для пашыранага пакрыцця даўжыні хвалі.
Новыя прыкладанні: LIDAR і іншыя зандзіраванне прыкладанняў абумоўліваюць развіццё APD; Прымяненне мікрахвалевых фатонаў, якія патрабуюць высокай лінейнасці фотадэтэктараў.
Высакахуткасныя фотадэтэктары, асабліва фотадэтэктары GE або SI, сталі ключавым рухавіком оптаэлектронікі на аснове крэмнію і аптычнай сувязі наступнага пакалення. Пастаянны прагрэс у сферы матэрыялаў, дызайну прылад і інтэграцыйных тэхналогій важны для задавальнення расце патрабаванняў прапускной здольнасці будучых цэнтраў апрацоўкі дадзеных і тэлекамунікацыйных сетак. Па меры таго, як поле працягвае развівацца, мы можам разлічваць на тое, каб убачыць фотадэтэктары з больш высокай прапускной здольнасцю, меншым шумам і бесперашкоднай інтэграцыяй з электроннымі і фатоннымі схемамі.
Час паведамлення: 20 студзеня 2015 г.