Eleman aktif fotonik Silisyòm

Eleman aktif fotonik Silisyòm

Konpozan aktif fotonik yo refere espesyalman a entèraksyon dinamik ki fèt espre ant limyè ak matyè. Yon konpozan aktif tipik nan fotonik se yon modilatè optik. Tout aktyèl ki baze sou silikonmodilatè optikyo baze sou efè plasma ki pa gen transpòtè. Chanje kantite elektwon lib ak twou nan yon materyèl silikon pa dopan, metòd elektrik oswa optik ka chanje endis refraksyon konplèks li a, yon pwosesis ki montre nan ekwasyon (1,2) yo jwenn lè yo ajiste done ki soti nan Soref ak Bennett nan yon longèdonn 1550 nanomèt. Konpare ak elektwon yo, twou yo lakòz yon pi gwo pwopòsyon chanjman endis refraksyon reyèl ak imajinè yo, sa vle di, yo ka pwodui yon pi gwo chanjman faz pou yon chanjman pèt bay, kidonk nanModilatè Mach-Zehnderak modilatè bag, li anjeneral pi pito pou itilize twou pou fèmodilatè faz.

Divès yomodilatè silikon (Si)Kalite yo montre nan Figi 10A. Nan yon modilatè enjeksyon transpòtè, limyè a sitiye nan silikon intrinsèque nan yon jonksyon peny ki laj anpil, epi elektwon ak twou yo enjekte. Sepandan, modilatè sa yo pi dousman, tipikman ak yon Pleasant 500 MHz, paske elektwon lib yo ak twou yo pran plis tan pou rekombine apre enjeksyon. Se poutèt sa, estrikti sa a souvan itilize kòm yon atenuateur optik varyab (VOA) olye ke yon modilatè. Nan yon modilatè rediksyon transpòtè, pòsyon limyè a sitiye nan yon jonksyon pn etwat, epi lajè rediksyon jonksyon pn an chanje pa yon chan elektrik aplike. Modilatè sa a ka opere nan vitès ki depase 50 Gb/s, men li gen yon gwo pèt ensèsyon background. Vpil tipik la se 2 V-cm. Yon modilatè semi-kondiktè oksid metal (MOS) (an reyalite semi-kondiktè-oksid-semi-kondiktè) gen yon kouch oksid mens nan yon jonksyon pn. Li pèmèt yon ti akimilasyon transpòtè osi byen ke yon rediksyon transpòtè, sa ki pèmèt yon VπL ki pi piti apeprè 0.2 V-cm, men li gen dezavantaj pèt optik ki pi wo ak kapasitans ki pi wo pou chak inite longè. Anplis de sa, gen modilatè absòpsyon elektrik SiGe ki baze sou mouvman kwen bann SiGe (alyaj Silisyòm Germanium). Anplis de sa, gen modilatè grafèn ki konte sou grafèn pou chanje ant metal absòban ak izolatè transparan. Sa yo demontre divèsite aplikasyon diferan mekanis pou reyalize modilasyon siyal optik gwo vitès ak ti pèt.

Figi 10: (A) Dyagram seksyonèl plizyè modèl modilatè optik ki baze sou silikon ak (B) dyagram seksyonèl modèl detektè optik.

Plizyè detektè limyè ki baze sou silikon yo montre nan Figi 10B. Materyèl absòpsyon an se jèmanyòm (Ge). Ge kapab absòbe limyè nan longèdonn ki desann nan apeprè 1.6 mikron. Sou bò gòch la se estrikti peny ki gen plis siksè komèsyal jodi a. Li konpoze de silikon dope tip P sou ki Ge grandi. Ge ak Si gen yon move matche rezo 4%, epi pou minimize dislokasyon an, yon kouch mens SiGe premye grandi kòm yon kouch tanpon. Dopaj tip N fèt sou tèt kouch Ge a. Yon fotodyòd metal-semi-kondiktè-metal (MSM) montre nan mitan an, ak yon APD (fotodetektè avalanch) parèt sou bò dwat la. Rejyon avalanch lan nan APD sitiye nan Si, ki gen karakteristik bri ki pi ba konpare ak rejyon avalanch lan nan materyèl elemantè Gwoup III-V yo.

Kounye a, pa gen okenn solisyon ki gen avantaj evidan nan entegre benefis optik ak fotonik Silisyòm. Figi 11 montre plizyè opsyon posib òganize pa nivo asanblaj. Sou bò gòch la gen entegrasyon monolitik ki gen ladan itilizasyon jèmanyòm (Ge) ki grandi epitaksi kòm yon materyèl benefis optik, gid vag an vè dopé ak èrbiyòm (Er) (tankou Al2O3, ki mande ponpe optik), ak pwen kwantik galyòm arseniur (GaAs) ki grandi epitaksi. Kolòn kap vini an se asanblaj wafer ak wafer, ki enplike oksid ak lyezon òganik nan rejyon benefis gwoup III-V la. Kolòn kap vini an se asanblaj chip-a-wafer, ki enplike entegre chip gwoup III-V a nan kavite wafer Silisyòm lan epi answit machinasyon estrikti gid vag la. Avantaj premye apwòch twa kolòn sa a se ke aparèy la ka teste fonksyonèlman andedan wafer la anvan koupe. Kolòn ki pi adwat la se asanblaj chip-a-chip, ki gen ladan kouplaj dirèk chip Silisyòm ak chip gwoup III-V, osi byen ke kouplaj atravè kouplè lantiy ak griyaj. Tandans lan anvè aplikasyon komèsyal yo ap deplase soti nan bò dwat pou ale nan bò gòch tablo a nan direksyon solisyon ki pi entegre ak entegre.

Figi 11: Kijan yo entegre benefis optik nan fotonik ki baze sou silikon. Pandan w ap deplase soti goch a dwat, pwen ensèsyon fabrikasyon an ap deplase piti piti dèyè nan pwosesis la.