Fotonikus integrált áramkör (PIC) anyagrendszer
A szilícium fotonika olyan tudományág, amely szilícium anyagokon alapuló síkszerkezeteket használ a fény irányítására, hogy különféle funkciókat érjen el. Itt a szilícium fotonika alkalmazására összpontosítunk az optikai kommunikációhoz szükséges adók és vevők létrehozásában. Ahogyan egy adott sávszélességen, egy adott lábnyomon és egy adott költség mellett növekszik az átvitel szükségessége, a szilícium fotonika gazdaságosabbá válik. Az optikai részhezfotonikus integrációs technológiakell használni, és a legtöbb koherens adó-vevő ma külön LiNbO3/sík fényhullámú áramkör (PLC) modulátorok és InP/PLC vevők felhasználásával készül.
1. ábra: Az általánosan használt fotonikus integrált áramkörű (PIC) anyagrendszereket mutatja be.
Az 1. ábra a legnépszerűbb PIC anyagrendszereket mutatja be. Balról jobbra a szilícium alapú szilícium-dioxid PIC (más néven PLC), a szilícium alapú szigetelő PIC (szilícium fotonika), a lítium-niobát (LiNbO3) és a III-V csoportú PIC, például az InP és a GaAs. Ez a cikk a szilícium alapú fotonikára összpontosít. Inszilícium fotonika, a fényjel főként szilíciumban halad, amelynek indirekt sávszélessége 1,12 elektronvolt (1,1 mikron hullámhossz mellett). A szilíciumot tiszta kristályok formájában termesztik kemencékben, majd ostyákra vágják, amelyek ma jellemzően 300 mm átmérőjűek. Az ostya felületét oxidálják, és szilícium-dioxid réteget képeznek. Az egyik ostyát meghatározott mélységig hidrogénatomokkal bombázzák. A két ostyát ezután vákuumban olvasztják, és oxidrétegeik egymáshoz kötődnek. A szerelvény a hidrogénion beültetési vonal mentén eltörik. A repedésnél lévő szilíciumréteget ezután polírozzák, végül vékony kristályos Si réteget hagyva a szilícium-dioxid réteg tetején lévő ép szilícium „fogantyú” lapka tetején. Ebből a vékony kristályrétegből hullámvezetők keletkeznek. Míg ezek a szilícium alapú szigetelő (SOI) lapkák lehetővé teszik az alacsony veszteségű szilícium fotonikai hullámvezetőket, valójában gyakrabban használják kis teljesítményű CMOS áramkörökben, mivel alacsony szivárgási áramuk van.
A szilícium alapú optikai hullámvezetőknek számos lehetséges formája létezik, amint az a 2. ábrán látható. Ezek a mikroméretű germániummal adalékolt szilícium-dioxid hullámvezetőktől a nanoméretű szilíciumhuzalos hullámvezetőkig terjednek. Germánium turmixolásával elkészíthetőfotodetektorokés elektromos abszorpciómodulátorok, és esetleg még optikai erősítők is. A szilícium adalékolásával egyoptikai modulátorelkészíthető. Balról jobbra lent a következők: szilíciumhuzalos hullámvezető, szilícium-oxinitrid hullámvezető, szilícium-oxinitrid hullámvezető, vastag szilíciumgerinc-hullámvezető, vékony szilícium-nitrid hullámvezető és adalékolt szilícium hullámvezető. Felül balról jobbra a kimerülési modulátorok, a germánium fotodetektorok és a germániumoptikai erősítők.
2. ábra: Szilícium alapú optikai hullámvezető sorozat keresztmetszete, amely a jellemző terjedési veszteségeket és törésmutatókat mutatja.
Feladás időpontja: 2024. július 15