Silisyum bazlı optoelektronik için silisyum fotodedektörler
FotodedektörlerIşık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştüren ve veri aktarım hızları iyileşmeye devam ettikçe, silikon tabanlı optoelektronik platformlarla entegre yüksek hızlı fotodedektörler, yeni nesil veri merkezleri ve telekomünikasyon ağları için kilit öneme sahip hale gelmiştir. Bu makale, silikon tabanlı germanyum (Ge veya Si fotodedektörü) üzerine odaklanarak, gelişmiş yüksek hızlı fotodedektörlere genel bir bakış sunacaktır.silikon fotodedektörlerentegre optoelektronik teknolojisi için.
Germanyum, CMOS prosesleriyle uyumlu olması ve telekomünikasyon dalga boylarında son derece güçlü bir emilim sağlaması nedeniyle silikon platformlarda yakın kızılötesi ışık tespiti için cazip bir malzemedir. En yaygın Ge/Si fotodedektör yapısı, içsel germanyumun P tipi ve N tipi bölgeler arasına sıkıştırıldığı pin diyottur.
Cihaz yapısı Şekil 1'de tipik bir dikey pim Ge veyaSi fotodedektörüyapı:
Başlıca özellikleri şunlardır: Silisyum alt tabaka üzerine büyütülen germanyum emici tabaka; Yük taşıyıcılarının p ve n temaslarını toplamak için kullanılır; Verimli ışık emilimi için dalga kılavuzu kuplajı.
Epitaksiyel büyüme: Silisyum üzerinde yüksek kaliteli germanyum yetiştirmek, iki malzeme arasındaki %4,2'lik kafes uyumsuzluğu nedeniyle zorludur. Genellikle iki aşamalı bir yetiştirme süreci kullanılır: düşük sıcaklıkta (300-400°C) tampon tabaka yetiştirme ve yüksek sıcaklıkta (600°C'nin üzerinde) germanyum biriktirme. Bu yöntem, kafes uyumsuzluklarından kaynaklanan dişlenme dislokasyonlarını kontrol etmeye yardımcı olur. 800-900°C'de yetiştirme sonrası tavlama, dişlenme dislokasyon yoğunluğunu yaklaşık 10^7 cm^-2'ye düşürür. Performans özellikleri: En gelişmiş Ge/Si PIN fotodedektörü şunları sağlayabilir: 1550 nm'de > 0,8A /W duyarlılık; >60 GHz bant genişliği; -1 V gerilimde <1 μA karanlık akımı.
Silikon tabanlı optoelektronik platformlarla entegrasyon
Entegrasyonuyüksek hızlı fotodedektörlerSilikon tabanlı optoelektronik platformlarla, gelişmiş optik alıcı-vericiler ve ara bağlantılar mümkün hale gelir. İki ana entegrasyon yöntemi şunlardır: Ön uç entegrasyonu (FEOL), fotodedektör ve transistörün aynı anda silikon bir alt tabaka üzerinde üretildiği, yüksek sıcaklıkta işlemeye olanak sağlayan ancak çip alanını kaplayan bir yöntemdir. Arka uç entegrasyonu (BEOL). Fotodedektörler, CMOS ile etkileşimi önlemek için metalin üzerinde üretilir, ancak daha düşük işleme sıcaklıklarıyla sınırlıdır.
Şekil 2: Yüksek hızlı bir Ge/Si fotodedektörün tepkisi ve bant genişliği
Veri merkezi uygulaması
Yüksek hızlı fotodedektörler, yeni nesil veri merkezi bağlantılarının önemli bir bileşenidir. Başlıca uygulamalar şunlardır: optik alıcı-vericiler: PAM-4 modülasyonu kullanan 100G, 400G ve üzeri hızlar;yüksek bant genişliğine sahip fotodedektör(>50 GHz) gereklidir.
Silisyum tabanlı optoelektronik entegre devre: dedektörün modülatör ve diğer bileşenlerle monolitik entegrasyonu; Kompakt, yüksek performanslı optik motor.
Dağıtık mimari: Dağıtık bilgi işlem, depolama ve depolama arasındaki optik bağlantı; Enerji açısından verimli, yüksek bant genişliğine sahip fotodedektörlere olan talebin artırılması.
Gelecek görünümü
Entegre optoelektronik yüksek hızlı fotodedektörlerin geleceği aşağıdaki eğilimleri gösterecektir:
Daha yüksek veri hızları: 800G ve 1.6T alıcı-vericilerin geliştirilmesini teşvik etmek; 100 GHz'den daha büyük bant genişliğine sahip fotodedektörlere ihtiyaç duyulmaktadır.
Gelişmiş entegrasyon: III-V malzemesi ve silikonun tek çip entegrasyonu; Gelişmiş 3D entegrasyon teknolojisi.
Yeni malzemeler: Ultra hızlı ışık tespiti için iki boyutlu malzemelerin (grafen gibi) keşfi; Genişletilmiş dalga boyu kapsamı için yeni bir Grup IV alaşımı.
Ortaya çıkan uygulamalar: LiDAR ve diğer algılama uygulamaları APD'nin gelişimini yönlendiriyor; Yüksek doğrusallıkta fotodedektörler gerektiren mikrodalga foton uygulamaları.
Yüksek hızlı fotodedektörler, özellikle Ge veya Si fotodedektörler, silikon tabanlı optoelektronik ve yeni nesil optik iletişimin temel itici gücü haline gelmiştir. Malzeme, cihaz tasarımı ve entegrasyon teknolojilerindeki sürekli gelişmeler, geleceğin veri merkezleri ve telekomünikasyon ağlarının artan bant genişliği taleplerini karşılamak için önemlidir. Bu alan gelişmeye devam ettikçe, daha yüksek bant genişliğine, daha düşük gürültüye ve elektronik ve fotonik devrelerle sorunsuz entegrasyona sahip fotodedektörler görmeyi bekleyebiliriz.
Gönderi zamanı: 20-Oca-2025