Sistem materijala fotonskog integriranog kola (PIC)

Sistem materijala fotonskog integriranog kola (PIC)

Silicijumska fotonika je disciplina koja koristi planarne strukture zasnovane na silicijumskim materijalima za usmjeravanje svjetlosti i postizanje različitih funkcija. Ovdje se fokusiramo na primjenu silicijumske fotonike u stvaranju predajnika i prijemnika za optičke komunikacije. Kako se povećava potreba za dodavanjem većeg prenosa pri datoj propusnosti, datoj površini i datoj cijeni, silicijumska fotonika postaje ekonomski isplativija. Što se tiče optičkog dijela,tehnologija fotonske integracijemoraju se koristiti, a većina koherentnih primopredajnika danas je izgrađena korištenjem odvojenih LiNbO3/PLC (planar Light-Wave Circuit) modulatora i InP/PLC prijemnika.

Slika 1: Prikazuje često korištene sisteme materijala za fotonska integrirana kola (PIC).

Slika 1 prikazuje najpopularnije PIC materijalne sisteme. S lijeva na desno su PIC na bazi silicija od silicija (također poznat kao PLC), PIC na bazi silicija od izolatora (silicijska fotonika), litijum niobat (LiNbO3) i PIC III-V grupe, kao što su InP i GaAs. Ovaj rad se fokusira na fotoniku na bazi silicija.silicijska fotonikaSvjetlosni signal uglavnom putuje kroz silicijum, koji ima indirektni energetski procjep od 1,12 elektron volti (sa talasnom dužinom od 1,1 mikrona). Silicijum se uzgaja u obliku čistih kristala u pećima, a zatim se reže na pločice, koje su danas obično prečnika 300 mm. Površina pločice se oksidira da bi se formirao sloj silicijum dioksida. Jedna od pločica se bombarduje atomima vodonika do određene dubine. Dvije pločice se zatim spajaju u vakuumu i njihovi oksidni slojevi se međusobno povezuju. Sklop se lomi duž linije implantacije vodonikovih jona. Sloj silicijuma na pukotini se zatim polira, ostavljajući na kraju tanki sloj kristalnog Si na vrhu neoštećene silikonske "ručke" pločice na vrhu sloja silicijum dioksida. Valovodi se formiraju od ovog tankog kristalnog sloja. Iako ove izolatorske (SOI) pločice na bazi silicijuma omogućavaju silicijumske fotonske talasovode sa malim gubicima, one se zapravo češće koriste u CMOS kolima male snage zbog niske struje curenja koju pružaju.

Postoji mnogo mogućih oblika optičkih valovoda na bazi silicija, kao što je prikazano na Slici 2. Oni se kreću od mikroskopskih valovoda od silicija dopiranih germanijumom do nanoskalnih valovoda od silicijumske žice. Miješanjem germanijuma moguće je napravitifotodetektorii električnu apsorpcijumodulatori, a moguće čak i optička pojačala. Dopiranjem silicija,optički modulatormože se napraviti. Dolje s lijeva na desno su: silicijumski žičani talasovod, silicijumski nitridni talasovod, silicijumski oksinitridni talasovod, debeli silicijumski grebenski talasovod, tanki silicijumski nitridni talasovod i dopirani silicijumski talasovod. Na vrhu, s lijeva na desno, nalaze se modulatori osiromašenja, germanijumski fotodetektori i germanijum...optički pojačavači.

Slika 2: Presjek serije optičkih talasovoda na bazi silicija, koji prikazuje tipične gubitke propagacije i indekse prelamanja.