Крэмніевы фатонны актыўны элемент

Крэмніевы фатонны актыўны элемент

Актыўныя кампаненты фатонікі адносяцца менавіта да наўмысна распрацаваных дынамічных узаемадзеянняў паміж святлом і рэчывам. Тыповым актыўным кампанентам фатонікі з'яўляецца аптычны мадулятар. Усе сучасныя на аснове крэмніюаптычныя мадулятарызаснаваныя на эфекце носьбіта без плазмы. Змяненне колькасці свабодных электронаў і дзірак у крамянёвым матэрыяле з дапамогай легіравання, электрычных або аптычных метадаў можа змяніць яго комплексны паказчык праламлення, працэс, паказаны ва ўраўненнях (1,2), атрыманых шляхам падганяння дадзеных Сорефа і Бенета на даўжыні хвалі 1550 нанаметраў. . У параўнанні з электронамі, дзіркі выклікаюць большую долю рэальных і ўяўных змен паказчыка праламлення, гэта значыць яны могуць выклікаць большую змену фазы пры дадзенай змене страт, таму ўМадулятары Маха-Цандэраі кальцавых мадулятараў, для вырабу адтулін звычайна аддаюць перавагу выкарыстоўваць адтуліныфазавыя мадулятары.

Разнастайныякрамянёвы (Si) мадулятартыпы паказаны на малюнку 10А. У мадулятары з ін'екцыяй носьбіта святло размяшчаецца ва ўласным крэмніі ў вельмі шырокім штыфтавым злучэнні, і ўводзяць электроны і дзіркі. Аднак такія мадулятары больш павольныя, звычайна з паласой прапускання 500 МГц, таму што свабодным электронам і дзіркам патрабуецца больш часу для рэкамбінацыі пасля ін'екцыі. Такім чынам, гэтая структура часта выкарыстоўваецца як зменны аптычны атэнюатар (VOA), а не мадулятар. У мадулятары са знясіленнем носьбітаў светлавая частка размешчана ў вузкім p-n-пераходзе, а шырыня знясілення p-n-пераходу змяняецца прыкладзеным электрычным полем. Гэты мадулятар можа працаваць на хуткасцях звыш 50 Гбіт/с, але мае высокія фонавыя ўносяцца страты. Тыповы vpil складае 2 В-см. Металааксідны паўправаднік (MOS) (фактычна паўправаднік-аксід-паўправаднік) мадулятар змяшчае тонкі пласт аксіду ў p-n-пераходзе. Гэта дазваляе некаторае назапашванне носьбітаў, а таксама знясіленне носьбітаў, дазваляючы меншы VπL каля 0,2 В-см, але мае недахоп у больш высокіх аптычных стратах і больш высокай ёмістасці на адзінку даўжыні. Акрамя таго, існуюць мадулятары электрычнага паглынання SiGe, заснаваныя на руху краю паласы SiGe (крэмніева-германіевага сплаву). Акрамя таго, існуюць графенавыя мадулятары, якія абапіраюцца на графен для пераключэння паміж паглынальнымі металамі і празрыстымі ізалятарамі. Яны дэманструюць разнастайнасць прымянення розных механізмаў для дасягнення высакахуткаснай мадуляцыі аптычнага сігналу з малымі стратамі.

Малюнак 10: (A) Дыяграма папярочнага разрэзу розных канструкцый аптычнага мадулятара на аснове крэмнія і (B) дыяграма папярочнага разрэзу канструкцый аптычнага дэтэктара.

Некалькі крэмніевых дэтэктараў святла паказаны на малюнку 10B. Паглынальным матэрыялам з'яўляецца германій (Ge). Ge здольны паглынаць святло на даўжынях хваль прыкладна да 1,6 мкм. Злева паказана найбольш камерцыйна паспяховая шпількавая структура сёння. Ён складаецца з крэмнію, легаванага P-тыпу, на якім расце Ge. Ge і Si маюць неадпаведнасць рашоткі на 4%, і каб мінімізаваць дыслакацыю, тонкі пласт SiGe спачатку вырошчваецца ў якасці буфернага пласта. Легіраванне N-тыпу праводзіцца на верхняй частцы пласта Ge. Фотадыёд метал-паўправаднік-метал (MSM) паказаны пасярэдзіне, а APD (лавінны фотадэтэктар) паказана справа. Лавінная вобласць у APD размешчана ў Si, які мае больш нізкія шумавыя характарыстыкі ў параўнанні з лавіннай вобласцю ў элементарных матэрыялах групы III-V.

У цяперашні час не існуе рашэнняў з відавочнымі перавагамі ў інтэграцыі аптычнага ўзмацнення з крэмніевай фатонікай. Малюнак 11 паказвае некалькі магчымых варыянтаў, арганізаваных па ўзроўні зборкі. Крайні злева знаходзяцца маналітныя інтэграцыі, якія ўключаюць выкарыстанне эпітаксіяльна вырашчанага германію (Ge) у якасці матэрыялу для аптычнага ўзмацнення, легаваных эрбіем (Er) шкляных хваляводаў (напрыклад, Al2O3, які патрабуе аптычнай накачкі) і эпітаксійна вырашчанага арсеніду галію (GaAs ) квантавыя кропкі. Наступны слупок - зборка пласціны з аксідам і арганічнымі сувязямі ў вобласці ўзмацнення груп III-V. Наступны слупок - зборка чып-пласціна, якая прадугледжвае ўбудаванне чыпа групы III-V у паражніну крамянёвай пласціны і наступную апрацоўку хвалеводнай структуры. Перавага гэтага падыходу з першымі трыма калонкамі заключаецца ў тым, што прыладу можна цалкам праверыць унутры пласціны перад разразаннем. Крайні правы слупок - зборка чып-чып, уключаючы прамое злучэнне крэмніевых чыпаў з чыпамі груп III-V, а таксама злучэнне праз лінзы і рашоткі. Тэндэнцыя да камерцыйных прыкладанняў рухаецца ад правага да левага боку дыяграмы ў бок больш інтэграваных і комплексных рашэнняў.

Малюнак 11: Як аптычнае ўзмацненне інтэгруецца ў фатоніку на аснове крэмнія. Калі вы рухаецеся злева направа, вытворчая кропка ўстаўкі паступова вяртаецца назад у працэсе.


Час публікацыі: 22 ліпеня 2024 г