Kremíkový fotónnik aktívny prvok

Kremíkový fotónnik aktívny prvok

Fotonics Active Components sa týka konkrétne úmyselne navrhnutých dynamických interakcií medzi svetlom a hmotou. Typickou aktívnou súčasťou fotoniky je optický modulátor. Všetky súčasné kremíkové založené na kremíkuoptické modulátorysú založené na účinku nosiča bez plazmy. Zmena počtu voľných elektrónov a otvorov v kremíkovom materiáli dopingovými, elektrickými alebo optickými metódami môže zmeniť svoj komplexný index lomu, proces uvedený v rovniciach (1,2) získaný prispôsobením údajov zo SoreF a Bennetta na vlnovú dĺžku 1550 nanometrov. V porovnaní s elektrónmi spôsobujú otvory väčší podiel skutočných a imaginárnych zmien indexu lomu, to znamená, že môžu spôsobiť väčšiu fázovú zmenu pre danú zmenu straty, takže vModulátory Mach-Zehndera krúžkové modulátory, zvyčajne sa uprednostňuje používanie otvorov na výrobufázové modulátory.

Rôznekremík (SI)Typy sú znázornené na obrázku 10A. V modulátore vstrekovania nosiča je svetlo umiestnené vo vnútornom kremíku vo veľmi širokej križovatke PIN a vstrekujú sa elektróny a diery. Takéto modulátory sú však pomalšie, zvyčajne s šírkou pásma 500 MHz, pretože voľné elektróny a diery trvajú po injekcii dlhšie dlhšie. Preto sa táto štruktúra často používa skôr ako variabilný optický tlmič (VOA) ako modulátor. V modulátore vyčerpania nosiča je ľahká časť umiestnená v úzkom križovatke PN a šírka vyčerpania križovatky PN sa mení pomocou aplikovaného elektrického poľa. Tento modulátor môže pracovať pri rýchlostiach presahujúcich 50 GB/s, ale má vysokú stratu vkladania na pozadí. Typický VPIL je 2 V-cm. Modulátor polovodiča oxidu kovu (MOS) (v skutočnosti polovodičový oxid-semicoduktorový) modulátor obsahuje vrstvu tenkého oxidu v križovatke PN. Umožňuje určitú akumuláciu nosiča, ako aj vyčerpanie nosiča, čo umožňuje menší VπL asi 0,2 V-cm, ale má nevýhodu vyšších optických strát a vyššej kapacity na jednotku. Okrem toho existujú SIGE elektrické absorpčné modulátory založené na pohybe pásma SIGE (Silicon Germanium). Okrem toho existujú grafénové modulátory, ktoré sa spoliehajú na grafén, aby prepínali medzi absorbujúcimi kovmi a priehľadnými izolátormi. Tieto demonštrujú rozmanitosť aplikácií rôznych mechanizmov na dosiahnutie vysokorýchlostnej modulácie optického signálu s nízkym stratou.

Obrázok 10: a) Prierezový diagram rôznych návrhov optického modulátora na báze kremíka a b) prierezový diagram návrhov optických detektorov.

Niekoľko detektorov svetla na báze kremíka je znázornených na obrázku 10B. Absorpujúci materiál je germánium (GE). GE je schopný absorbovať svetlo pri vlnových dĺžkach až na asi 1,6 mikrónov. Zobrazené vľavo je dnes komerčne najúspešnejšia štruktúra PIN. Skladá sa z dotovaného kremíka typu p, na ktorom GE rastie. GE a SI majú nesúlad 4% mriežky a aby sa minimalizovala dislokácia, tenká vrstva SIGE sa najprv pestuje ako vrstva vyrovnávacej pamäte. Doping N-typu sa vykonáva na vrchu vrstvy GE. Fotodióda kovového semimického kovu (MSM) je uvedená v strede a APD (APD (lavínový fotodetektor) je zobrazený vpravo. Lavínska oblasť v APD sa nachádza v SI, ktorá má nižšie charakteristiky hluku v porovnaní s lavínovou oblasťou v elementárnych materiáloch skupiny III-V.

V súčasnosti neexistujú žiadne riešenia so zjavnými výhodami pri integrácii optického zisku s kremíkovou fotonikou. Obrázok 11 zobrazuje niekoľko možných možností usporiadaných na úrovni montáže. Kvôli úplne ľavej strane sú monolitické integrácie, ktoré zahŕňajú použitie epitaxne pestovaného germánia (GE) ako optického ziskového materiálu, sklenených vlnovodov dopredu (ER) (ER) (ako je AL2O3, ktoré vyžaduje optické čerpanie) a epitaxiálne pestované arzenidové arzenidové bodky (GAAS) Quantum. Nasledujúci stĺpec je oblátky na zostavenie doštičiek, zahŕňajúcu oxid a organické väzby v oblasti zisku skupiny III-V. Ďalším stĺpcom je zostava čip-to-wafer, ktorá zahŕňa vloženie skupiny III-V do dutiny kremíkovej doštičky a potom obrábanie vlnovodu. Výhodou tohto prvého troch stĺpcových prístupov je to, že zariadenie môže byť pred rezaním plne funkčne testované vo oblátku. Najväčším stĺpcom je zostava čipu-chipom, vrátane priameho spojenia kremíkových čipov do skupinových čipov III-V, ako aj spojenia cez objektív a mriežky. Trend smerom k komerčným aplikáciám sa pohybuje sprava doprava na ľavú stranu grafu smerom k integrovanejším a integrovanejším riešeniam.

Obrázok 11: Ako je optický zisk integrovaný do fotoniky na báze kremíka. Keď sa pohybujete zľava doprava, bod výrobného vkladania sa postupne posúva späť v procese.