Materiálový systém fotonického integrovaného obvodu (PIC)
Kremíková fotonika je disciplína, ktorá využíva planárne štruktúry založené na kremíkových materiáloch na smerovanie svetla s cieľom dosiahnuť rôzne funkcie. Zameriavame sa tu na aplikáciu kremíkovej fotoniky pri vytváraní vysielačov a prijímačov pre optickú komunikáciu. S rastúcou potrebou zvýšiť prenos pri danej šírke pásma, danej rozlohe a daných nákladoch sa kremíková fotonika stáva ekonomicky výhodnejšou. Pokiaľ ide o optickú časť,technológia fotonickej integráciemusia sa použiť a väčšina koherentných transceiverov je dnes postavená s použitím samostatných modulátorov LiNbO3/planárnych obvodov svetelných vĺn (PLC) a prijímačov InP/PLC.
Obrázok 1: Zobrazuje bežne používané materiálové systémy fotonických integrovaných obvodov (PIC).
Obrázok 1 zobrazuje najobľúbenejšie materiálové systémy PIC. Zľava doprava sú zobrazené PIC na báze kremíka s oxidom kremičitým (tiež známe ako PLC), PIC na báze kremíka s izolantom (kremíková fotonika), niobičnan lítny (LiNbO3) a PIC III-V skupiny, ako napríklad InP a GaAs. Tento článok sa zameriava na fotoniku na báze kremíka. Vkremíková fotonikaSvetelný signál sa prenáša prevažne v kremíku, ktorý má nepriamu pásmovú medzeru 1,12 elektrónvoltu (s vlnovou dĺžkou 1,1 mikrónu). Kremík sa pestuje vo forme čistých kryštálov v peciach a potom sa režú na doštičky, ktoré majú dnes typicky priemer 300 mm. Povrch doštičky sa oxiduje za vzniku vrstvy oxidu kremičitého. Jedna z doštičiek je bombardovaná atómami vodíka do určitej hĺbky. Dve doštičky sa potom spoja vo vákuu a ich oxidové vrstvy sa navzájom spoja. Zostava sa rozpadne pozdĺž línie implantácie vodíkových iónov. Vrstva kremíka v mieste trhliny sa potom vyleští, pričom na neporušenej kremíkovej doštičke „rúčky“ na vrchu vrstvy oxidu kremičitého zostane tenká vrstva kryštalického kremíka. Z tejto tenkej kryštalickej vrstvy sa tvoria vlnovody. Hoci tieto kremíkové izolačné doštičky (SOI) umožňujú výrobu kremíkových fotonických vlnovodov s nízkymi stratami, v skutočnosti sa častejšie používajú v nízkoenergetických CMOS obvodoch kvôli nízkemu zvodovému prúdu, ktorý poskytujú.
Existuje mnoho možných foriem optických vlnovodov na báze kremíka, ako je znázornené na obrázku 2. Siahajú od mikroskopických germániom dopovaných kremíkových vlnovodov až po nanorozmerné kremíkové drôty. Zmiešaním germánia je možné vyrobiťfotodetektorya elektrická absorpciamodulátory, a možno aj optické zosilňovače. Dopovaním kremíka,optický modulátorje možné vyrobiť. Dole zľava doprava sú: kremíkový drôtový vlnovod, kremíkový nitrido-kremíkový vlnovod, kremíkový oxynitrid-kremíkový vlnovod, hrubý kremíkový hrebeňový vlnovod, tenký kremíkový nitrido-kremíkový vlnovod a dopovaný kremíkový vlnovod. Hore, zľava doprava, sú modulátory ochudobnenia, germániové fotodetektory a germániovéoptické zosilňovače.
Obrázok 2: Prierez optického vlnovodu na báze kremíka, znázorňujúci typické straty šírenia a indexy lomu.
Čas uverejnenia: 15. júla 2024