Por silicio-bazita optoelektroniko, siliciofotodetektiloj
Fotodetektilojkonverti lumsignalojn en elektrajn signalojn, kaj dum la datumtransigaj rapidoj daŭre pliboniĝas, altrapidaj fotodetektiloj integritaj kun silicio-bazitaj optoelektronikaj platformoj fariĝis ŝlosilaj por la sekvaj generacioj de datumcentroj kaj telekomunikaj retoj. Ĉi tiu artikolo provizos superrigardon de progresintaj altrapidaj fotodetektiloj, kun emfazo pri silicio-bazita germaniumo (Ge aŭ Si fotodetektilo)siliciaj fotodetektilojpor integra optoelektronika teknologio.
Germaniumo estas alloga materialo por detekto de preskaŭ infraruĝa lumo sur siliciaj platformoj ĉar ĝi estas kongrua kun CMOS-procezoj kaj havas ekstreme fortan sorbadon ĉe telekomunikaj ondolongoj. La plej ofta Ge/Si-fotodetektila strukturo estas la pinglodiodo, en kiu la interna germaniumo estas intermetita inter la P-tipaj kaj N-tipaj regionoj.
Aparata strukturo Figuro 1 montras tipan vertikalan stifton Ge aŭSi-fotodetektilostrukturo:
La ĉefaj trajtoj inkluzivas: germanium-absorban tavolon kreskigitan sur silicia substrato; Uzatan por kolekti p kaj n kontaktojn de ŝargoportiloj; Ondgvidilan kupladon por efika lum-absorbo.
Epitaksa kresko: Kultivi altkvalitan germaniumon sur silicio estas defia pro la 4.2%-a misagordo de latiso inter la du materialoj. Kutime oni uzas du-ŝtupan kreskoprocezon: kresko de bufrotavolo je malalta temperaturo (300-400°C) kaj deponado de germaniumo je alta temperaturo (super 600°C). Ĉi tiu metodo helpas kontroli surfadenajn dislokigojn kaŭzitajn de misagordoj de latiso. Post-kreska kalcinado je 800-900°C plue reduktas la densecon de surfadenaj dislokigoj al ĉirkaŭ 10^7 cm^-2. Funkciaj karakterizaĵoj: La plej altnivela Ge/Si PIN-fotodetektilo povas atingi: respondemon, > 0.8A/W je 1550 nm; Bendlarĝon, >60 GHz; Malluman kurenton, <1 μA je -1 V biaso.
Integriĝo kun silicio-bazitaj optoelektronikaj platformoj
La integriĝo dealtrapidaj fotodetektilojkun silicio-bazitaj optoelektronikaj platformoj ebligas progresintajn optikajn sendilojn kaj interkonektojn. La du ĉefaj integriĝmetodoj estas jenaj: Antaŭfina integriĝo (FEOL), kie la fotodetektilo kaj transistoro estas samtempe fabrikitaj sur silicia substrato, permesante alt-temperaturan prilaboradon, sed okupante ico-areon. Malantaŭfina integriĝo (BEOL). Fotodetektiloj estas fabrikitaj sur la metalo por eviti interferon kun CMOS, sed estas limigitaj al pli malaltaj prilaboraj temperaturoj.
Figuro 2: Respondemo kaj bendolarĝo de altrapida Ge/Si fotodetektilo
Aplikaĵo de datencentro
Alt-rapidaj fotodetektiloj estas ŝlosila komponanto en la sekva generacio de datumcentra interkonekto. Ĉefaj aplikoj inkluzivas: optikajn sendilojn: 100G, 400G kaj pli altajn rapidojn, uzante PAM-4 moduladon; Aalt-bendlarĝa fotodetektilo(>50 GHz) estas necesa.
Silicio-bazita optoelektronika integra cirkvito: monolita integriĝo de detektilo kun modulatoro kaj aliaj komponantoj; Kompakta, alt-efikeca optika motoro.
Distribuita arkitekturo: optika interkonekto inter distribuita komputado, stokado kaj stokado; Pelante la postulon je energiefikaj, alt-bendlarĝaj fotodetektiloj.
Estonta perspektivo
La estonteco de integraj optoelektronikaj altrapidaj fotodetektiloj montros la jenajn tendencojn:
Pli altaj datenrapidecoj: Pelante la disvolvon de 800G kaj 1.6T sendiloj; Fotodetektiloj kun bendlarĝoj pli grandaj ol 100 GHz estas necesaj.
Plibonigita integriĝo: Unuobla ico-integriĝo de III-V materialo kaj silicio; Altnivela 3D-integriĝa teknologio.
Novaj materialoj: Esplorante dudimensiajn materialojn (kiel grafeno) por ultrarapida lumdetekto; Nova alojo de Grupo IV por plilongigita ondolonga kovrado.
Emerĝantaj aplikoj: LiDAR kaj aliaj sensaj aplikoj pelas la disvolviĝon de APD; Mikroondaj fotonaj aplikoj postulantaj alt-linearecajn fotodetektilojn.
Alt-rapidaj fotodetektiloj, precipe Ge aŭ Si fotodetektiloj, fariĝis ŝlosila motoro de silicio-bazita optoelektroniko kaj venontgeneraciaj optikaj komunikadoj. Daŭraj progresoj en materialoj, aparatdezajno kaj integriĝteknologioj estas gravaj por kontentigi la kreskantajn bendolarĝajn postulojn de estontaj datencentroj kaj telekomunikaj retoj. Dum la kampo daŭre evoluas, ni povas atendi vidi fotodetektilojn kun pli alta bendolarĝo, pli malalta bruo kaj senjunta integriĝo kun elektronikaj kaj fotonaj cirkvitoj.
Afiŝtempo: 20-a de januaro 2025