Silikon Fotonik Aktif Eleman
Fotonik aktif bileşenler, özellikle ışık ve madde arasındaki kasıtlı olarak tasarlanmış dinamik etkileşimlere atıfta bulunur. Fotoniklerin tipik bir aktif bileşeni optik bir modülatördür. Tüm mevcut silikon bazlıoptik modülatörlerplazma içermeyen taşıyıcı etkisine dayanır. Silikon malzemedeki serbest elektron ve deliklerin sayısını doping, elektrik veya optik yöntemler ile değiştirme, 1550 nanometrelik bir dalga boyunda SOREF ve Bennett'ten veri takılarak elde edilen denklemlerde (1,2) gösterilen bir işlem olan karmaşık kırılma indisini değiştirebilir. Elektronlarla karşılaştırıldığında, delikler gerçek ve hayali kırılma indisi değişikliklerinin daha büyük bir kısmına neden olur, yani belirli bir kayıp değişikliği için daha büyük bir faz değişikliği üretebilirler, bu nedenleMach-Zehnder modülatörlerive halka modülatörleri, genellikle yapmak için delikler kullanmak tercih edilirFaz modülatörleri.
ÇeşitliSilikon (SI) ModülatörTipler Şekil 10A'da gösterilmektedir. Bir taşıyıcı enjeksiyon modülatöründe, ışık çok geniş bir pim kavşağı içinde iç silikonda bulunur ve elektronlar ve delikler enjekte edilir. Bununla birlikte, bu tür modülatörler, tipik olarak 500 MHz'lik bir bant genişliği ile daha yavaştır, çünkü serbest elektronların ve deliklerin enjeksiyondan sonra yeniden birleşmesi daha uzun sürer. Bu nedenle, bu yapı genellikle bir modülatör yerine değişken bir optik zayıflatıcı (VOA) olarak kullanılır. Bir taşıyıcı tükenme modülatöründe, ışık kısmı dar bir PN kavşağında bulunur ve PN kavşağının tükenme genişliği uygulanan bir elektrik alanı ile değiştirilir. Bu modülatör 50GB/s'den fazla hızlarda çalışabilir, ancak yüksek arka plan ekleme kaybına sahiptir. Tipik VPIL 2 V-CM'dir. Bir metal oksit yarı iletken (MOS) (aslında yarı iletken-oksit-sememdüktör) modülatörü, bir PN bağlantısında ince bir oksit tabakası içerir. Bazı taşıyıcı birikimlerinin yanı sıra taşıyıcı tükenmesinin yanı sıra yaklaşık 0.2 V-CM'lik daha küçük bir Vπl'ye izin verir, ancak birim uzunluk başına daha yüksek optik kayıpların ve daha yüksek kapasitansın dezavantajına sahiptir. Ek olarak, SIGE (Silikon Germanyum Alaşım) Bant Kenar Hareketi'ne dayanan SIGE Elektrik Emilim Modülatörleri vardır. Ek olarak, emici metaller ve şeffaf izolatörler arasında geçiş yapmak için grafene dayanan grafen modülatörleri vardır. Bunlar, yüksek hızlı, düşük kayıplı optik sinyal modülasyonu elde etmek için farklı mekanizmaların uygulamalarının çeşitliliğini gösterir.
Şekil 10: (a) Çeşitli silikon bazlı optik modülatör tasarımlarının enine kesit diyagramı ve (b) optik dedektör tasarımlarının enine kesit diyagramı.
Birkaç silikon bazlı ışık dedektörleri Şekil 10b'de gösterilmektedir. Emici malzeme germanyumdur (GE). GE, dalga boylarında ışığı yaklaşık 1.6 mikrona kadar emebilir. Solda günümüzde ticari olarak en başarılı pim yapısı gösterilmiştir. GE'nin büyüdüğü p tipi katkılı silikondan oluşur. GE ve Si% 4 kafes uyuşmazlığı vardır ve çıkığı en aza indirmek için, ilk olarak bir tampon tabakası olarak ince bir Sige tabakası yetiştirilir. N tipi doping, GE katmanının üstünde gerçekleştirilir. Ortada bir metal-semik-iletken-metal (MSM) fotodiyot gösterilmiştir ve bir APD (Çığ Photodetector) sağda gösterilmiştir. APD'deki çığ bölgesi, Grup III-V element malzemelerindeki çığ bölgesine kıyasla daha düşük gürültü özelliklerine sahip olan SI'da bulunur.
Şu anda, optik kazancın silikon fotoniklerle entegre edilmesinde bariz avantajlara sahip hiçbir çözüm yoktur. Şekil 11, montaj seviyesine göre düzenlenen birkaç olası seçeneği göstermektedir. En solda, optik kazanç malzemesi olarak epitaksiyal olarak yetiştirilen germanyumun (GE) kullanımını, erbium katkılı (ER) cam dalga kılavuzları (optik pompalama gerektiren AL2O3 gibi) ve epitaksiyal olarak yetiştirilen galyum arsenid (GaAs) kuantum noktalarını içeren monolitik entegrasyonlar vardır. Bir sonraki sütun, III-V grubu kazanç bölgesinde oksit ve organik bağ içeren gofret montajıdır. Bir sonraki sütun, III-V grubu çipini silikon gofretin boşluğuna gömülmesini ve daha sonra dalga kılavuzu yapısının işlenmesini içeren çip to-wafer düzeneğidir. Bu ilk üç sütun yaklaşımının avantajı, cihazın kesmeden önce gofret içinde tamamen işlevsel test edilebilmesidir. En sağdaki sütun, silikon yongalarının III-V grubu yongalarına doğrudan birleştirilmesi ve lens ve ızgara kuplajları yoluyla birleştirme de dahil olmak üzere Chip-Chip düzeneğidir. Ticari uygulamalara yönelik eğilim, grafiğin sol tarafına daha entegre ve entegre çözümlere doğru ilerlemektedir.
Şekil 11: Optik kazancın silikon bazlı fotoniklere nasıl entegre edildiği. Soldan sağa hareket ettikçe, üretim yerleştirme noktası süreçte yavaş yavaş geri hareket eder.
Gönderme Zamanı: Tem-22-2024