Szilícium-alapú optoelektronika, szilícium fotodetektorok számára
FotodetektorokKonvertálja a fényjeleket elektromos jelekké, és mivel az adatátviteli sebességek tovább javulnak, a szilícium-alapú optoelektronikai platformokkal integrált nagysebességű fotodetektorok kulcsszerepekké váltak a következő generációs adatközpontok és a telekommunikációs hálózatok számára. Ez a cikk áttekintést nyújt a fejlett nagysebességű fotodetektorokról, hangsúlyt fektetve a szilícium alapú germániumra (GE vagy SI fotodetektor)szilícium fotodetektorokAz integrált optoelektronikai technológiához.
A germánium vonzó anyag az infravörös fényérzékeléshez a szilícium platformon, mivel kompatibilis a CMOS folyamatokkal, és rendkívül erős abszorpcióval rendelkezik a telekommunikációs hullámhosszon. A leggyakoribb GE/Si fotodetektor szerkezet a PIN-dióda, amelyben a belső germánium a P-típusú és az N-típusú régiók között van szendvics.
Eszközszerkezet Az 1. ábra egy tipikus függőleges ge vagySI fotodetektorszerkezet:
A fő jellemzők a következők: a szilícium szubsztráton termesztett germánium abszorpciós réteg; A töltőhordozók P és N kapcsolattartásainak gyűjtésére használják; Hullámvezető kapcsolás a hatékony fényelnyeléshez.
Epitaxiális növekedés: A szilíciumon a magas színvonalú germánium növelése kihívást jelent a két anyag közötti 4,2% -os rácsos eltérés miatt. Kétlépcsős növekedési folyamatot használnak általában: alacsony hőmérsékleten (300-400 ° C) pufferréteg növekedése és magas hőmérséklete (600 ° C felett) a germánium lerakódása. Ez a módszer elősegíti a rácsos eltérések által okozott menetes diszlokációk szabályozását. A növekedés utáni lágyítás 800-900 ° C-on tovább csökkenti a menetes diszlokációs sűrűségét körülbelül 10^7 cm^-2-re. Teljesítményjellemzők: A legfejlettebb GE /Si PIN fotodetektor elérheti: reagálva,> 0,8a /W 1550 nm -en; Sávszélesség,> 60 GHz; Sötét áram, <1 μA -1 V -os torzítás.
Integráció a szilícium-alapú optoelektronikai platformokkal
Anagysebességű fotodetektorokSzilícium-alapú optoelektronikai platformok lehetővé teszik a fejlett optikai adó-vevőket és az összeköttetéseket. A két fő integrációs módszer a következő: Front-end integráció (FEOL), ahol a fotodetektor és a tranzisztor egyidejűleg egy szilícium-szubsztráton készülnek, lehetővé téve a magas hőmérsékleten történő feldolgozást, de a chipterületet. Back-end integráció (Beol). A fotodetektorokat a fém tetején gyártják, hogy elkerüljék a CMO -kkal való interferenciát, de az alacsonyabb feldolgozási hőmérsékletekre korlátozódnak.
2. ábra: A nagysebességű GE/Si fotodetektor reakcióképessége és sávszélessége
Adatközpont alkalmazás
A nagysebességű fotodetektorok kulcsfontosságú elemek az adatközpontok összekapcsolásának következő generációjában. A fő alkalmazások a következők: optikai adó-vevők: 100 g, 400 g és magasabb sebesség, a PAM-4 moduláció alkalmazásával; Anagy sávszélességű fotodetektor(> 50 GHz) szükséges.
Szilícium-alapú optoelektronikus integrált áramkör: a detektor monolit integrációja modulátorral és más komponensekkel; Kompakt, nagy teljesítményű optikai motor.
Elosztott architektúra: optikai összekapcsolás az elosztott számítás, a tárolás és a tárolás között; Az energiahatékony, nagy sávszélességű fotodetektorok iránti igény növelése.
Jövőbeli kilátások
Az integrált optoelektronikus nagysebességű fotodetektorok jövője a következő trendeket mutatja be:
Magasabb adatsebesség: 800 g és 1,6T adó -vevők fejlesztésének előmozdítása; A 100 GHz -nél nagyobb sávszélességű fotodetektorokra van szükség.
Javított integráció: A III-V anyag és a szilícium egyetlen chip integrációja; Fejlett 3D -s integrációs technológia.
Új anyagok: kétdimenziós anyagok (például grafén) feltárása az ultragyors fényérzékeléshez; Egy új IV. Csoportos ötvözet a meghosszabbított hullámhossz lefedettségére.
Felmerülő alkalmazások: A LIDAR és más érzékelő alkalmazások vezetik az APD fejlesztését; Mikrohullámú foton alkalmazások, amelyek nagy linearitású fotodetektorokat igényelnek.
A nagysebességű fotodetektorok, különösen a GE vagy Si fotodetektorok, a szilícium-alapú optoelektronika és a következő generációs optikai kommunikáció kulcsfontosságú mozgatórugójává váltak. Az anyagok, az eszköztervezés és az integrációs technológiák folyamatos fejlődése fontos, hogy megfeleljenek a jövőbeli adatközpontok és a telekommunikációs hálózatok növekvő sávszélességének igényeinek. A mező tovább fejlődésével számíthatunk arra, hogy nagyobb sávszélességgel, alacsonyabb zajjal és zökkenőmentes integrációval rendelkező fotodetektorokat látunk az elektronikus és fotonikus áramkörökkel.
A postai idő: január 20-2025