Fotonikus integrált áramkör (PIC) anyagrendszer
A szilícium-fotonika egy olyan tudományág, amely szilícium anyagokon alapuló síkszerkezeteket használ a fény irányítására, különféle funkciók elérésére. Itt a szilícium-fotonika alkalmazására összpontosítunk optikai kommunikáció adó- és vevőegységeinek létrehozásában. Ahogy egyre nagyobb az igény az adott sávszélesség, az adott alapterület és az adott költségek melletti nagyobb átviteli teljesítményre, a szilícium-fotonika gazdaságosabbá válik. Az optikai részhez,fotonikus integrációs technológiakell használni, és a legtöbb koherens adó-vevő ma különálló LiNbO3/sík fényhullám-áramkör (PLC) modulátorokkal és InP/PLC vevőkkel készül.
1. ábra: Az általánosan használt fotonikus integrált áramköri (PIC) anyagrendszereket mutatja.
Az 1. ábra a legnépszerűbb PIC anyagrendszereket mutatja. Balról jobbra haladva 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, mint például az InP és a GaAs. Ez a tanulmány a szilícium alapú fotonikára összpontosít.szilícium-fotonikaA fényjel főként szilíciumban terjed, amelynek közvetett sávszélessége 1,12 elektronvolt (1,1 mikron hullámhosszal). A szilíciumot tiszta kristályok formájában növesztik kemencékben, majd szeletekké vágják, amelyek ma jellemzően 300 mm átmérőjűek. A szelet felületét oxidálják, így szilícium-dioxid réteget képeznek. Az egyik szeletet bizonyos mélységig hidrogénatomokkal bombázzák. A két szeletet ezután vákuumban összeolvasztják, és oxidrétegeik egymáshoz kötődnek. Az összeállítás a hidrogénion-implantációs vonal mentén elszakad. A repedésnél lévő szilíciumréteget ezután polírozzák, végül egy vékony kristályos Si réteget hagyva az ép szilícium „fogantyú” szelet tetején a szilícium-dioxid réteg tetején. A hullámvezetők ebből a vékony kristályos rétegből képződnek. Bár ezek a szilícium alapú szigetelő (SOI) szeletek lehetővé teszik az alacsony veszteségű szilícium fotonikai hullámvezetőket, valójában inkább kis fogyasztású CMOS áramkörökben használják őket az általuk biztosított alacsony szivárgási áram miatt.
A szilícium alapú optikai hullámvezetőknek számos lehetséges formája létezik, amint azt a 2. ábra mutatja. Ezek a mikroskálájú, germániummal adalékolt szilícium-dioxid hullámvezetőktől a nanoskálájú szilíciumhuzal hullámvezetőkig terjednek. Germánium keverésével előállíthatófotodetektorokés elektromos abszorpciómodulátorok, és esetleg optikai erősítőket is. Szilícium adalékolásával egyoptikai modulátorelkészíthető. Balról jobbra lent: szilíciumhuzal hullámvezető, szilícium-nitrid hullámvezető, szilícium-oxinitrid hullámvezető, vastag szilícium gerinc hullámvezető, vékony szilícium-nitrid hullámvezető és adalékolt szilícium hullámvezető. Felül balról jobbra kimerülési modulátorok, germánium fotodetektorok és germániumoptikai erősítők.
2. ábra: Szilícium alapú optikai hullámvezető sorozat keresztmetszete, amelyen tipikus terjedési veszteségek és törésmutatók láthatók.
Közzététel ideje: 2024. július 15.