Silikon bazlı optoelektronik için silikon fotodetektörler
FotodetektörlerIşık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürür ve veri aktarım oranları iyileşmeye devam ettikçe, silikon tabanlı optoelektronik platformlarla entegre yüksek hızlı fotodetektörler yeni nesil veri merkezleri ve telekomünikasyon ağlarının anahtarı haline gelmiştir. Bu makale, silikon bazlı Germanyum'a (GE veya SI Photodetector) vurgu yaparak gelişmiş yüksek hızlı fotodetektörlere genel bir bakış sunacaktır.Silikon FotodetektörlerEntegre optoelektronik teknolojisi için.
Germanyum, CMOS süreçleriyle uyumlu olduğu ve telekomünikasyon dalga boylarında son derece güçlü bir emme olduğu için silikon platformlarda kızılötesi ışık algılaması için çekici bir malzemedir. En yaygın GE/SI fotodetektör yapısı, içsel germanyumun P tipi ve N tipi bölgeler arasında sıkıştığı pin diyotudur.
Cihaz Yapısı Şekil 1, tipik bir dikey pim GE veyaSI Photodetectoryapı:
Ana özellikler şunları içerir: silikon substrat üzerinde yetiştirilen germanyum emici tabaka; Şarj taşıyıcılarının P ve N kontaklarını toplamak için kullanılır; Verimli ışık emilimi için dalga kılavuzu birleştirme.
Epitaksiyal büyüme: Silikon üzerinde yüksek kaliteli Germanyum büyümesi, iki malzeme arasındaki% 4,2 kafes uyuşmazlığı nedeniyle zordur. İki aşamalı bir büyüme işlemi genellikle kullanılır: düşük sıcaklık (300-400 ° C) tampon tabaka büyümesi ve yüksek sıcaklık (600 ° C'nin üzerinde) Germanyumun birikmesi. Bu yöntem, kafes uyumsuzluklarının neden olduğu iplik çıkışlarını kontrol etmeye yardımcı olur. 800-900 ° C'de büyüme sonrası tavlama, iplik çıkma yoğunluğunu yaklaşık 10^7 cm^-2'ye düşürür. Performans Özellikleri: En gelişmiş GE /SI PIN fotodetektör elde edebilir: Duyarlılık, 1550 nm'de> 0.8a /w; Bant genişliği,> 60 GHz; Karanlık akım, -1 V sapmasında <1 μA.
Silikon tabanlı optoelektronik platformlarla entegrasyon
EntegrasyonuYüksek hızlı fotodetektörlerSilikon tabanlı optoelektronik platformlarla gelişmiş optik alıcı-vericiler ve ara bağlantılar sağlar. İki ana entegrasyon yöntemi aşağıdaki gibidir: fotodetektör ve transistörün aynı anda bir silikon substrat üzerinde yüksek sıcaklık işlemeye izin veren, ancak çip alanı alarak üretildiği ön uç entegrasyon (FEOL). Arka uç entegrasyon (BEOL). Fotodetektörler, CMO'lara parazitten kaçınmak için metalin üstünde üretilir, ancak daha düşük işlem sıcaklıkları ile sınırlıdır.
Şekil 2: Yüksek hızlı GE/SI fotodetektörünün yanıt verme ve bant genişliği
Veri Merkezi Uygulaması
Yüksek hızlı fotodetektörler, yeni nesil veri merkezi ara bağlantısında önemli bir bileşendir. Ana uygulamalar şunları içerir: optik alıcı-vericiler: PAM-4 modülasyonu kullanılarak 100g, 400g ve daha yüksek oranlar; AYüksek bant genişliği Photodetector(> 50 GHz) gereklidir.
Silikon bazlı optoelektronik entegre devre: dedektörün modülatör ve diğer bileşenlerle monolitik entegrasyonu; Kompakt, yüksek performanslı bir optik motor.
Dağıtılmış Mimari: Dağıtılmış bilgi işlem, depolama ve depolama arasındaki optik bağlantı; Enerji tasarruflu, yüksek bant genişlikli fotodetektörlere olan talebi artırmak.
Gelecek Görünüm
Entegre optoelektronik yüksek hızlı fotodetektörlerin geleceği aşağıdaki eğilimleri gösterecektir:
Daha yüksek veri oranları: 800g ve 1.6t alıcı -vericisinin geliştirilmesini yönlendirir; Bant genişliği 100 GHz'den büyük olan fotodetektörler gereklidir.
Geliştirilmiş entegrasyon: III-V malzemesinin ve silikonun tek çip entegrasyonu; Gelişmiş 3D entegrasyon teknolojisi.
Yeni Malzemeler: UltraFast Işık Tespiti için İki Boyutlu Malzemelerin (Grafen Gibi) Keşfedilmesi; Genişletilmiş dalga boyu kapsama alanı için yeni bir Grup IV alaşımı.
Ortaya çıkan uygulamalar: LIDAR ve diğer algılama uygulamaları APD'nin gelişimini yönlendiriyor; Yüksek doğrusallık fotodetektörler gerektiren mikrodalga foton uygulamaları.
Yüksek hızlı fotodetektörler, özellikle GE veya SI fotodetektörler, silikon tabanlı optoelektronik ve yeni nesil optik iletişimin önemli bir itici gücü haline gelmiştir. Malzemeler, cihaz tasarımı ve entegrasyon teknolojilerindeki sürekli ilerlemeler, gelecekteki veri merkezlerinin ve telekomünikasyon ağlarının artan bant genişliği taleplerini karşılamak için önemlidir. Alan gelişmeye devam ettikçe, daha yüksek bant genişliği, daha düşük gürültü ve elektronik ve fotonik devrelerle sorunsuz entegrasyona sahip fotodetektörleri görmeyi bekleyebiliriz.
Gönderme Zamanı: Ocak-20-2025