Silisyòm fotonik eleman aktif

Silisyòm fotonik eleman aktif

Fotonik eleman aktif refere espesyalman nan entansyonèlman ki fèt entèraksyon dinamik ant limyè ak matyè. Yon eleman tipik aktif nan fotonik se yon modulateur optik. Tout aktyèl Silisyòm ki baze soumodulateur optikyo baze sou efè konpayi asirans gratis Plasma a. Chanje kantite elektwon gratis ak twou nan yon materyèl Silisyòm pa dopan, metòd elektrik oswa optik ka chanje endèks konplèks refraktif li yo, yon pwosesis yo montre nan ekwasyon (1,2) jwenn nan done Fitting soti nan Soref ak Bennett nan yon longèdonn nan 1550 nanomètr. Konpare ak elektwon, twou lakòz yon pi gwo pwopòsyon nan chanjman yo endèks reyèl ak imajinè refraktif, se sa ki, yo ka pwodwi yon chanjman faz pi gwo pou yon chanjman pèt bay yo, se konsa nanMach-zehnder modulateursak modulateur bag, li se anjeneral pi pito yo sèvi ak twou fèModulateur faz.

Divès kalite laSilisyòm (SI) modulateurKalite yo montre nan Figi 10a. Nan yon modulateur piki konpayi asirans, limyè ki sitiye nan silikon intrinsèques nan yon junction PIN trè lajè, ak elektwon yo ak twou yo sou fòm piki. Sepandan, modulateur sa yo pi dousman, tipikman ak yon Pleasant nan 500 megaèrts, paske elektwon gratis ak twou pran plis tan nan recombine apre piki. Se poutèt sa, se estrikti sa a souvan itilize kòm yon varyab optik atenuateur (VOA) olye ke yon modulateur. Nan yon modulateur rediksyon konpayi asirans, se pòsyon limyè a ki sitiye nan yon junction etwat PN, ak lajè a rediksyon nan junction a PN chanje pa yon jaden elektrik aplike. Modilatè sa a ka opere nan vitès ki depase 50GB/s, men li gen yon pèt ensèsyon segondè. VPIL tipik la se 2 V-CM. Yon metal oksid semi-conducteurs (MOS) (aktyèlman semi-conducteurs-oksid-semi-conducteurs) gen yon kouch mens oksid nan yon junction PN. Li pèmèt kèk akimilasyon konpayi asirans kòm byen ke rediksyon konpayi asirans, sa ki pèmèt yon Vπl ki pi piti nan sou 0.2 V-CM, men 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 SIGE (Silisyòm Alloyium alyaj) bann kwen mouvman. Anplis de sa, gen modulateur grafèn ki konte sou grafèn chanje ant absòbe metal ak izolan transparan. Sa yo demontre divèsite nan aplikasyon pou nan diferan mekanism reyalize gwo vitès, ki ba-pèt batman siyal optik.

Figi 10: (a) Dyagram kwa-rejyonal nan divès kalite desen ki baze sou modulateur optik ak (b) dyagram kwa-rejyonal nan desen detektè optik.

Plizyè detektè limyè Silisyòm ki baze sou yo montre nan Figi 10b. Materyèl la absòbe se germanium (GE). GE se kapab absòbe limyè nan longèdonn desann nan sou 1.6 mikron. Montre sou bò gòch la se estrikti nan PIN ki pi komèsyal siksè jodi an. Li konpoze de p-tip doped Silisyòm sou ki GE ap grandi. GE ak SI gen yon dezekilib 4% lasi, epi yo nan lòd pou misyon pou minimize debwatman an, se yon kouch mens nan sige premye grandi kòm yon kouch tanpon. N-kalite dopan se fèt sou tèt la nan GE kouch. Yon fotodòd metal-semi-conducteurs-metal (MSM) yo montre nan mitan an, ak yon APD (photodetector lavalas) yo montre sou bò dwat la. Se rejyon an lavalas nan APD ki sitiye nan SI, ki gen pi ba karakteristik bri konpare ak rejyon an lavalas nan gwoup III-V materyèl elemantè.

Kounye a, pa gen okenn solisyon ki gen avantaj evidan nan entegre optik benefis ak Silisyòm fotonik. Figi 11 montre plizyè opsyon posib òganize pa nivo asanble. Sou bò gòch la byen lwen yo se entegrasyon monolitik ki gen ladan itilize nan epitaxially grandi germanium (GE) kòm yon materyèl benefis optik, erbyom-doped (ER) vè gid vè (tankou Al2O3, ki mande pou ponpe optik), ak epitaxially grandi galyòm Arsenide (GaAs) pwen pwopòsyonèl. Kolòn nan pwochen se wafer nan asanble wafer, ki enplike oksid ak lyezon òganik nan rejyon an Gwoup III-V genyen. Kolòn nan pwochen se chip-a-pi bon mache asanble, ki enplike nan selaj chip nan gwoup III-V nan kavite a nan wafer la Silisyòm ak Lè sa a, machining estrikti a onn. Avantaj nan apwòch sa a twa premye kolòn se ke aparèy la ka konplètman fonksyonèl teste andedan wafer la anvan koupe. Kolòn nan dwa-pi se chip-a-chip asanble, ki gen ladan kouti dirèk nan bato Silisyòm nan III-V gwoup bato, kòm byen ke kouti atravè lantiy ak koupleur griyaj. Tandans nan direksyon pou aplikasyon pou komèsyal ap deplase soti nan dwa a bò gòch nan tablo a nan direksyon pou plis solisyon entegre ak entegre.

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