За силиконска базирана оптоелектроника, силиконски фотоодектори (Si Photodetector)

За силиконски базирани оптоелектроника, силиконски фотоодектори

ФотоодекториКонвертирајте ги светлосните сигнали во електрични сигнали, и како што стапките на пренесување на податоци продолжуваат да се подобруваат, брзо-брзинските фотоодектори интегрирани со платформите за оптоелектроника базирана на силикон станаа клучни за центрите за податоци од следната генерација и телекомуникациските мрежи. Оваа статија ќе обезбеди преглед на напредните фотоодектори со голема брзина, со акцент на силиконски германиум (GE или SI фотодектор)Силиконски фотоодекториЗа интегрирана технологија за оптоелектроника.

Германиумот е атрактивен материјал за блиска инфрацрвена светлина за откривање на силиконските платформи затоа што е компатибилен со процесите на CMOS и има исклучително силна апсорпција на телекомуникациските бранови должини. Најчеста структура на фотоодекторот GE/Si е диодата на пинот, во која внатрешниот германиум е сендвич меѓу регионите P-тип и N-тип.

Структура на уредот Слика 1 покажува типичен вертикален пински GE илиSi фотодекторСтруктура:

Главните карактеристики вклучуваат: германиум апсорбиран слој одгледуван на силиконска подлога; Се користи за да се соберат P и N контакти со превозници на полнење; Спојување на брановодникот за ефикасна апсорпција на светлина.

Епитаксичен раст: Растењето на високо квалитетен германиум на силикон е предизвик поради неусогласеноста на решетките од 4,2% меѓу двата материја. Обично се користи процес на раст со два чекори: ниска температура (300-400 ° C) раст на тампон слој и висока температура (над 600 ° C) таложење на германиум. Овој метод помага да се контролираат дислокациите за навојување предизвикани од неусогласеноста на решетките. Пост-раст на полнење на 800-900 ° C дополнително ја намалува густината на дислокација на навој на околу 10^7 см^-2. Карактеристики на перформансите: Најнапредниот фотоодектор GE /Si Pin може да постигне: Одговорност,> 0,8a /W на 1550 nm; Ширина на опсег,> 60 GHz; Темна струја, <1 μA на -1 V пристрасност.

Интеграција со платформи за оптоелектроника базирана на силикон

Интеграција наФотоодектори со голема брзинаСо силиконски базирани оптоелектроника платформи овозможуваат напредни оптички привремени предаватели и интерконекции. Двата главни методи на интеграција се следниве: интеграција на предната страна (FEOL), каде што фотодекторот и транзисторот истовремено се произведуваат на силиконска подлога што овозможува обработка на висока температура, но заземање на површината на чипови. Интеграција на задниот дел (BEOL). Фотодекторите се произведуваат на врвот на металот за да се избегне мешање во CMO, но се ограничени на пониски температури на обработка.

Слика 2: Одговорност и ширина на опсег на брз GE/SI фотоодектор

Апликација за центар за податоци

Фотодекторите со голема брзина се клучна компонента во следната генерација на интерконекција на центарот за податоци. Главните апликации вклучуваат: Оптички привременици: 100g, 400g и повисоки стапки, користејќи модулација PAM-4; АФотоодектор со висок опсег на опсег(> 50 GHz) е потребно.

Оптоелектронско интегрирано коло врз основа на силикон: монолитна интеграција на детекторот со модулатор и други компоненти; Компактен, оптички мотор со високи перформанси.

Дистрибуирана архитектура: оптичка интерконекција помеѓу дистрибуираната пресметка, складирање и складирање; Возење на побарувачката за енергетски ефикасни, фотоодектори со широк опсег.

Иден изглед

Иднината на интегрираните оптоелектронски фотоодектори со голема брзина ќе ги прикаже следниве трендови:

Повисоки стапки на податоци: Водење на развој на 800g и 1,6T примопредавачи; Потребни се фотоодектори со ширина на опсег поголеми од 100 GHz.

Подобрена интеграција: Интеграција со единечен чип на III-V материјал и силикон; Напредна технологија за 3Д интеграција.

Нови материјали: Истражување на дводимензионални материјали (како што е графен) за откривање на ултрафаст светло; Нова легура на групата IV за проширена покриеност на бранова должина.

Новите апликации: Лидар и други апликации за сензори го водат развојот на АПД; Апликации за микробранови фотони кои бараат фотоодектори со висока линеарност.

Фотодекторите со голема брзина, особено GE или Si фотодекторите, станаа клучен двигател на силиконска базирана оптоелектроника и оптички комуникации од следната генерација. Континуираниот напредок во материјалите, дизајнот на уредот и технологиите за интеграција се важни за да се исполнат растечките барања за ширина на опсег на идните центри за податоци и телекомуникациските мрежи. Бидејќи полето продолжува да се развива, можеме да очекуваме да видиме фотоодектори со поголема ширина на опсег, помал шум и лесна интеграција со електронски и фотонски кола.