Активен елемент на силиконска фотоника

Активен елемент на силиконска фотоника

Активните компоненти на фотоника се однесуваат конкретно на намерно дизајнирани динамични интеракции помеѓу светлината и материјата. Типична активна компонента на фотониката е оптички модулатор. Сите тековни силиконски базиОптички модулаторисе засноваат на ефектот на превозникот без плазма. Промената на бројот на бесплатни електрони и дупки во силиконски материјал со допинг, електрични или оптички методи може да го промени својот комплексен индекс на рефракција, процес прикажан во равенките (1,2) добиен со фитинг на податоци од Сореф и Бенет во бранова должина од 1550 нанометри. Во споредба со електроните, дупките предизвикуваат поголем дел од реалните и имагинарните промени во индексот на рефракција, односно тие можат да произведат поголема фаза на промена за дадена промена на загубата, така и воMach-Zehnder модулатории модулатори на прстен, обично се претпочита да се користат дупки за да се направатФази модулатори.

РазличнитеСиликон (Si) модулаторВидовите се прикажани на слика 10а. Во модулатор за инјектирање на носач, светлината се наоѓа во вродениот силикон во рамките на многу широк спој на пинот, а се инјектираат електрони и дупки. Сепак, ваквите модулатори се побавни, обично со ширина на опсег од 500 MHz, затоа што бесплатните електрони и дупки траат подолго за да се рекомбинираат по инјектирање. Затоа, оваа структура често се користи како варијабилен оптички атенуатор (VOA) отколку модулатор. Во модулаторот за осиромашување на носачот, светлосниот дел се наоѓа во тесен PN спој, а ширината на осиромашување на спојот PN се менува со применето електрично поле. Овој модулатор може да работи со брзина поголема од 50 GB/s, но има голема загуба на вметнување во позадина. Типичен VPIL е 2 V-CM. Модулатор на полупроводник на метален оксид (MOS) (всушност полупроводник-оксид-оксид-полупроводник) содржи тенок оксиден слој во спој Pn. Овозможува одредена акумулација на носачот, како и осиромашување на носачот, овозможувајќи помал VπL од околу 0,2 V-CM, но има недостаток на повисоки оптички загуби и поголема капацитивност по единица должина. Покрај тоа, постојат модулатори за електрична апсорпција на Sige, засновани на движење на опсегот Sige (Силикон германиум). Покрај тоа, постојат модулатори на графен кои се потпираат на графен за да се префрлаат помеѓу апсорбирање на метали и транспарентни изолатори. Овие ја демонстрираат различноста на апликациите на различни механизми за да се постигне голема брзина, со ниска загуба на оптички сигнал модулација.

Слика 10: (а) Дијаграм на пресек на различни дизајни на оптички модулатор базиран на силикон и (б) дијаграм на пресек на дизајни на оптички детектор.

Неколку детектори на светлина базирани на силикони се прикажани на Слика 10б. Апсорпциониот материјал е германиум (ГЕ). GE е во состојба да ја апсорбира светлината во должина на бранови до околу 1,6 микрони. Прикажано лево е најкомерцијално успешната структура на ПИН денес. Тој е составен од силикон од типот P-тип на кој расте GE. GE и Si имаат неусогласеност од 4% решетки, а со цел да се минимизира дислокацијата, тенок слој на Sige прво се одгледува како тампон слој. Допингот со тип се изведува на врвот на GE слојот. Фотодиода на метал-полупроводник-метал (MSM) е прикажан во средина, и АПД (Фотодектор на лавина) е прикажано десно. Регионот на лавина во АПД се наоѓа во СИ, кој има пониски карактеристики на бучава во споредба со регионот на лавина во елементарните материјали од групата III-V.

Во моментов, нема решенија со очигледни предности во интегрирање на оптичка добивка со силиконска фотоника. На Слика 11 се прикажани неколку можни опции организирани од нивото на склопување. На крајната лева страна се монолитни интеграции кои вклучуваат употреба на епитаксично одгледуван германиум (GE) како материјал за оптичка добивка, стаклени бранови (ЕР) стаклени бранови (како што се AL2O3, за кои се потребни оптичко пумпање) и епитаксијално одгледуван галиум арсенид (GAAS) квантни точки. Следната колона е нафта до склопување на нафта, што вклучува оксид и органско врзување во регионот на добивка на групата III-V. Следната колона е склопување чип-до-вдлабнатина, што вклучува вградување на чипот III-V груп во шуплината на силиконскиот нафта и потоа да ја обработи структурата на брановодникот. Предноста на овој прв пристап на три колони е тоа што уредот може да биде целосно функционален тестиран во внатрешноста на нафора пред сечење. Десната колона е склопување со чип-чип, вклучително и директно спојување на силиконски чипови до III-V групни чипови, како и спојување преку леќи и спојници за решетки. Трендот кон комерцијални апликации се движи од десно кон левата страна на табелата кон поинтегрирани и интегрирани решенија.

Слика 11: Како оптичката добивка е интегрирана во фотоника базирана на силикон. Додека се движите од лево кон десно, точката на вметнување на производството постепено се движи назад во процесот.