Актыўны элемент крэмніевай фатонікі
Актыўныя кампаненты фатонікі адносяцца да спецыяльна распрацаваных дынамічных узаемадзеянняў паміж святлом і рэчывам. Тыповым актыўным кампанентам фатонікі з'яўляецца аптычны мадулятар. Усе сучасныя кампаненты на аснове крэмнію...аптычныя мадулятарызаснаваныя на эфекце свабодных носьбітаў плазмы. Змена колькасці свабодных электронаў і дзірак у крэмніевым матэрыяле шляхам легавання, электрычных або аптычных метадаў можа змяніць яго комплексны паказчык праламлення, працэс, паказаны ў раўнаннях (1,2), атрыманых шляхам апраксімацыі дадзеных Сорэфа і Беннета пры даўжыні хвалі 1550 нанаметраў. У параўнанні з электронамі, дзіркі выклікаюць большую долю змен рэальнага і ўяўнага паказчыка праламлення, гэта значыць, яны могуць выклікаць большую змену фазы пры зададзенай змене страт, таму ўМадулятары Маха-Цэндэраі кальцавыя мадулятары, звычайна пераважней выкарыстоўваць адтуліны для стварэнняфазавыя мадулятары.
Розныякрэмніевы (Si) мадулятарТыпы паказаны на малюнку 10А. У мадулятары з інжэкцыяй носьбітаў святло знаходзіцца ва ўласным крэмніі ўнутры вельмі шырокага кантактнага пераходу, і інжэктуюцца электроны і дзіркі. Аднак такія мадулятары больш павольныя, звычайна з прапускной здольнасцю 500 МГц, таму што свабодным электронам і дзіркам патрабуецца больш часу для рэкамбінацыі пасля інжэкцыі. Таму гэтая структура часта выкарыстоўваецца ў якасці зменнага аптычнага атэнюатара (VOA), а не мадулятара. У мадулятары з знясіленнем носьбітаў светлавая частка размешчана ў вузкім p-n пераходзе, і шырыня знясілення p-n пераходу змяняецца прыкладзеным электрычным полем. Гэты мадулятар можа працаваць са хуткасцю больш за 50 Гбіт/с, але мае высокія фонавыя ўносныя страты. Тыповы vpil складае 2 В·см. Металааксідна-паўправадніковы (MOS) мадулятар (фактычна паўправаднік-аксідна-паўправадніковы) змяшчае тонкі аксідны пласт у p-n пераходзе. Гэта дазваляе некаторае назапашванне носьбітаў, а таксама знясіленне носьбітаў, што дазваляе меншае VπL каля 0,2 В·см, але мае недахоп у выглядзе больш высокіх аптычных страт і большай ёмістасці на адзінку даўжыні. Акрамя таго, існуюць мадулятары электрычнага паглынання SiGe, заснаваныя на руху краю зоны SiGe (сплаву крэмнію і германію). Акрамя таго, існуюць графенавыя мадулятары, якія выкарыстоўваюць графен для пераключэння паміж паглынальнымі металамі і празрыстымі ізалятарамі. Гэта дэманструе разнастайнасць прымянення розных механізмаў для дасягнення высакахуткаснай аптычнай мадуляцыі сігналу з нізкімі стратамі.
Малюнак 10: (A) Дыяграма папярочнага сячэння розных канструкцый аптычных мадулятараў на аснове крэмнію і (B) Дыяграма папярочнага сячэння канструкцый аптычных дэтэктараў.
На малюнку 10B паказаны некалькі крэмніевых дэтэктараў святла. Паглынальным матэрыялам з'яўляецца германій (Ge). Ge здольны паглынаць святло на даўжынях хваль прыкладна да 1,6 мікрона. Злева паказана найбольш камерцыйна паспяховая на сённяшні дзень штыфтавая структура. Яна складаецца з легаванага крэмнію P-тыпу, на якім расце Ge. Ge і Si маюць 4% разыходжанне рашоткі, і каб мінімізаваць дыслакацыі, спачатку вырошчваецца тонкі пласт SiGe ў якасці буфернага пласта. Легаванне N-тыпу выконваецца на верхняй частцы пласта Ge. Пасярэдзіне паказаны фотадыёд метал-паўправаднік-метал (MSM), а лавінопадобны фотодиод (лавінны фотадэтэктар) паказана справа. Лавінная вобласць у APD размешчана ў Si, які мае ніжэйшыя шумавыя характарыстыкі ў параўнанні з лавіннай вобласцю ў элементарных матэрыялах III-V груп.
У цяперашні час няма рашэнняў з відавочнымі перавагамі ў інтэграцыі аптычнага ўзмацнення з крэмніевай фатонікай. На малюнку 11 паказана некалькі магчымых варыянтаў, арганізаваных па ўзроўнях зборкі. Злева паказаны маналітныя інтэграцыі, якія ўключаюць выкарыстанне эпітаксіяльна вырашчанага германію (Ge) у якасці матэрыялу для аптычнага ўзмацнення, эрбіевых (Er) шкляных хваляводаў (напрыклад, Al2O3, якія патрабуюць аптычнай накачкі) і эпітаксіяльна вырашчаных квантавых кропак з арсеніду галію (GaAs). Наступны слупок - гэта зборка пласцін на пласціну, якая ўключае аксідныя і арганічныя сувязі ў вобласці ўзмацнення III-V групы. Наступны слупок - гэта зборка чып на пласціну, якая ўключае ўбудаванне чыпа III-V групы ў поласць крэмніевай пласціны, а затым апрацоўку структуры хвалявода. Перавага гэтага падыходу з першых трох слупкоў заключаецца ў тым, што прылада можа быць цалкам функцыянальна пратэставана ўнутры пласціны перад разразаннем. Крайні правы слупок - гэта зборка чып на чып, уключаючы непасрэднае злучэнне крэмніевых чыпаў з чыпамі III-V групы, а таксама злучэнне праз лінзавыя і рашоткавыя злучальнікі. Тэндэнцыя да камерцыйных прыкладанняў рухаецца з правага боку дыяграмы на левы ў бок больш інтэграваных і інтэграваных рашэнняў.
Малюнак 11: Як аптычнае ўзмацненне інтэгравана ў фатоніку на аснове крэмнію. Па меры руху злева направа кропка ўстаўкі вытворчасці паступова перамяшчаецца назад у працэсе.
Час публікацыі: 22 ліпеня 2024 г.