Silisyòm fotonik eleman aktif

Silisyòm fotonik eleman aktif

Fotonik konpozan aktif refere espesyalman a entèraksyon dinamik ki fèt entansyonèlman ant limyè ak matyè. Yon eleman tipik aktif nan fotonik se yon modulator optik. Tout aktyèl Silisyòm ki baze soumodulateur optikyo baze sou efè transpòtè plasma gratis. Chanje kantite elektwon gratis ak twou nan yon materyèl Silisyòm pa metòd dopaj, elektrik oswa optik ka chanje endèks refraktif konplèks li yo, yon pwosesis yo montre nan ekwasyon (1,2) yo jwenn nan done ki soti nan Soref ak Bennett nan yon longèdonn 1550 nanomèt. . Konpare ak elektwon, twou lakòz yon pi gwo pwopòsyon nan chanjman reyèl ak imajinè endèks refraktif yo, se sa ki, yo ka pwodwi yon pi gwo chanjman faz pou yon chanjman pèt bay, kidonk nanModilatè Mach-Zehnderak bag modulators, li dabitid pi pito pou sèvi ak twou pou fèmodulateur faz.

Divès yoSilisyòm (Si) modulatorkalite yo montre nan Figi 10A. Nan yon modulator piki konpayi asirans, limyè sitiye nan Silisyòm intrinsèque nan yon junction PIN trè lajè, ak elektwon ak twou yo sou fòm piki. Sepandan, modulateur sa yo pi dousman, tipikman ak yon Pleasant de 500 MHz, paske elektwon gratis ak twou pran plis tan pou rekonbine apre piki. Se poutèt sa, estrikti sa a souvan itilize kòm yon atenuateur optik varyab (VOA) olye ke yon modulator. Nan yon modulator rediksyon konpayi asirans, pòsyon limyè a sitiye nan yon junction etwat pn, ak lajè rediksyon nan junction pn chanje pa yon jaden elektrik aplike. Modilatè sa a ka opere nan vitès ki depase 50Gb / s, men li gen yon pèt ensèsyon background segondè. Vpil tipik la se 2 V-cm. Yon modilatè oksid metal (MOS) (aktyèlman semiconductor-oksid-semiconductor) gen yon kouch oksid mens nan yon junction pn. Li pèmèt kèk akimilasyon konpayi asirans kòm byen ke rediksyon konpayi asirans, ki pèmèt yon VπL ki pi piti sou 0.2 V-cm, men li gen dezavantaj nan pi wo pèt optik ak pi wo kapasite pou chak longè inite. Anplis de sa, gen SiGe modulateur absòpsyon elektrik ki baze sou mouvman kwen SiGe (Silisyòm Germanium alyaj). Anplis de sa, gen modulatè grafèn ki konte sou grafèn pou chanje ant absòbe metal ak izolan transparan. Sa yo demontre divèsite aplikasyon diferan mekanis pou reyalize gwo vitès, modulation siyal optik ki ba-pèt.

Figi 10: (A) dyagram kwa-seksyonèl nan divès kalite konsepsyon modulatè optik ki baze sou Silisyòm ak (B) dyagram kwa-seksyonèl nan desen detektè optik.

Plizyè detektè limyè ki baze sou Silisyòm yo montre nan Figi 10B. Materyèl la absòbe se germanium (Ge). Ge se kapab absòbe limyè nan longèdonn desann nan apeprè 1.6 mikron. Yo montre sou bò gòch la se estrikti pin ki gen plis siksè komèsyal jodi a. Li konpoze de Silisyòm P-tip dope sou ki Ge ap grandi. Ge ak Si gen yon dezakò 4% lasi, epi yo nan lòd yo minimize debwatman an, yon kouch mens SiGe premye grandi kòm yon kouch tanpon. Dopaj N-tip fèt sou tèt kouch Ge. Yon fotodyod metal-semiconductor-metal (MSM) yo montre nan mitan an, ak yon APD (lavalas Photodetector) yo montre sou bò dwat la. Rejyon lavalas nan APD sitiye nan Si, ki gen pi ba karakteristik bri konpare ak rejyon lavalas nan gwoup III-V materyèl elemantè.

Kounye a, pa gen okenn solisyon ak avantaj evidan nan entegre benefis optik ak fotonik Silisyòm. Figi 11 montre plizyè opsyon posib òganize pa nivo asanble. Sou bò gòch la se entegrasyon monolitik ki gen ladann itilizasyon jèrmanyòm epitaksiyalman grandi (Ge) kòm yon materyèl pou jwenn optik, gid ond vè èrbyòm-dope (Er) (tankou Al2O3, ki mande pou ponpe optik), ak arsenide gallyòm epitaxial grandi (GaAs). ) pwen pwopòsyon. Kolòn kap vini an se wafer pou wafer asanble, ki enplike ksid ak òganik Liaison nan rejyon an gwoup III-V genyen. Kolòn kap vini an se chip-a-wafer asanble, ki enplike nan entegre chip nan gwoup III-V nan kavite a nan wafer nan Silisyòm ak Lè sa a, MACHINING estrikti nan waveguide. Avantaj nan apwòch twa premye kolòn sa a se ke aparèy la ka konplètman fonksyonèl teste andedan wafer la anvan koupe. Kolòn ki pi dwat la se asanble chip-to-chip, ki gen ladan kouti dirèk nan chips Silisyòm nan bato gwoup III-V, osi byen ke kouple atravè lantiy ak kouple griyaj. Tandans nan direksyon pou aplikasyon komèsyal yo ap deplase soti nan bò dwat la nan bò gòch nan tablo a nan direksyon pou solisyon plis entegre ak entegre.

Figi 11: Ki jan benefis optik entegre nan fotonik ki baze sou Silisyòm. Kòm ou deplase de goch a dwat, pwen an ensèsyon fabrikasyon piti piti deplase tounen nan pwosesis la.