Silikonski fotonics aktivni element

Silikonski fotonics aktivni element

Fotoničke aktivne komponente posebno se odnose na namjerno dizajnirane dinamičke interakcije između svjetla i materije. Tipična aktivna komponenta fotonike je optički modulator. Sva trenutna silikonskaOptički modulatoritemelje se na efektu besplatnog nosača plazme. Promjena broja slobodnih elektrona i rupa u silikonskom materijalu po dopingu, električnim ili optičkim metodama mogu promijeniti svoj složeni indeks refrakcija, proces prikazan u jednadžbama (1,2) dobivenim podacima iz SEEF-a i Bennetta na talasnoj dužini od 1550 nanometara. U usporedbi s elektronima, rupe uzrokuju veći udio stvarnih i zamišljenih promjena indeksa refrakcije, odnosno mogu proizvesti veću fazu promjenu za date promjene gubitka, tako uMach-Zehnder modulatorii prsten modulatori, obično se radije koristi rupe za izraduFazni modulatori.

RazličiteSilicon (SI) modulatorVrste su prikazane na slici 10a. U modulatoru za ubrizgavanje nosača, svjetlost se nalazi u unutrašnjem silicijumu unutar vrlo širokog klin spoja, a ubrizgavaju se elektroni i rupe. Međutim, takvi su modulatori sporiji, obično sa širinom širine od 500 MHz, jer besplatni elektroni i rupe traju duže do rekombinacije nakon injekcije. Stoga se ova struktura često koristi kao varijabilna optička prigušivača (VOA), a ne modulator. U modulatoru za iscrpljivanje nosača, porcija svjetla nalazi se u uskoj PN Junction, a širina iscrpljenosti PN spoja mijenja se primijenjenim električnim poljem. Ovaj modulator može raditi pri brzinama većim od 50 GB / s, ali ima visok gubitak u utovarivanju u pozadini. Tipični VPIL je 2 V-cm. Metalni oksidni poluvodič (MOS) (zapravo poluvodički-oksidni poluvodič) Modulator sadrži tanki oksidni sloj u PN Junction-u. Omogućuje neku akumulaciju prijevoznika kao i prevoznika, omogućavajući manji vΠL od oko 0,2 V-CM, ali ima nedostatak većih optičkih gubitaka i većeg duljine jedinice. Pored toga, postoje modulaci za apsorpciju Sige-a na bazi sistema SIGE (silicijum relumije) rubne ivice. Pored toga, postoje modulatori grafena koji se oslanjaju na grafen za prebacivanje između apsorpcijskih metala i prozirnih izolatora. Oni pokazuju raznolikost primjena različitih mehanizama za postizanje velike brzine, malog gubitka optičke modulacije signala.

Slika 10: (a) Dijagram presjeka raznih silikonskih optičkih modulatora i (b) dijagram presjeka dizajna optičkih detektora.

Nekoliko silikonskih osvetnih detektora prikazano je na slici 10b. Apsorbiranje materijala je Germanium (GE). GE je u stanju apsorbirati svjetlost na talasnim dužinama do oko 1,6 mikrona. Prikazano je s lijeve strane najprikladnija uspješna PIN struktura danas. Sastoji se od P-tipa Doped Silicon na kojem GE raste. GE i SHE imaju neusklađenost rešetke za 4%, a kako bi se minimizirali dislokacije, tanki sloj Sige prvi se uzgaja kao međuspremnik. N-Type Doping se izvodi na vrhu GE sloja. FOTODIODODODE METAL-SEMICLONDUCTOR-METAL (MSM) prikazan je u sredini i APD (Avalanche fotodetektor) Prikazuje se s desne strane. Regija Avalanche u APD nalazi se u SI, koja ima niže karakteristike buke u odnosu na lavina regije u grupnim III-V elementarnim materijalima.

Trenutno nema rješenja sa očiglednim prednostima u integriranju optičkog dobitka sa silikonskim fotonikom. Na slici 11. prikazan je nekoliko mogućih opcija koje su organizovane nivoom montaže. Na krajnjoj ljevici su monolitne integracije koje uključuju upotreba epitaksno odraslih germanij (GE) kao materijal za optički dobitak, erbium-doped (er) stakleni valovodi (poput al2O3, koji zahtijevaju optičko pumpanje), i epitalaksično uzgajani gallium arsenid (GAAS) kvantni točkice. Sljedeći stupac je vafnt za montažu rezine, uključujući oksid i organski lijepljenje u III-V grupni dobitak. Sljedeći stupac je sklop čip-vafer, koji uključuje ugradnju III-V grupnog čipa u šupljinu silikonskog vafla, a zatim obradu konstrukcije valove puteve. Prednost ovog prve tri stupca je u tome što uređaj može biti u potpunosti funkcionalan testiran unutar rezanja prije rezanja. Desno-većina stupca je sklop čip-čip, uključujući izravnu spajanje silikonskih čipova na III-V grupni čipovi, kao i spajanje putem objektiva i rešetka. Trend prema komercijalnim aplikacijama kreće se s desne strane na lijevu stranu grafikona prema integriranijem i integriranim rješenjima.

Slika 11: Koliko je optički dobitak integriran u fotoniku na bazi silikona. Dok se prelazite s lijeve na desno, mesto za umetanje u postupku postepeno se kreće unatrag u procesu.