Silicia fotonika aktiva elemento
Aktivaj komponantoj de fotoniko rilatas specife al intence dizajnitaj dinamikaj interagoj inter lumo kaj materio. Tipa aktiva komponanto de fotoniko estas optika modulatoro. Ĉiuj nunaj silicibazitaj...optikaj modulatorojbaziĝas sur la efiko de plasmo-libera portanto. Ŝanĝi la nombron de liberaj elektronoj kaj truoj en silicia materialo per dopado, elektraj aŭ optikaj metodoj povas ŝanĝi ĝian kompleksan refraktan indicon, procezo montrita en ekvacioj (1,2) akiritaj per alĝustigo de datumoj de Soref kaj Bennett ĉe ondolongo de 1550 nanometroj. Kompare kun elektronoj, truoj kaŭzas pli grandan proporcion de la realaj kaj imagaj refraktaj indicoŝanĝoj, tio estas, ili povas produkti pli grandan fazŝanĝon por difinita perdoŝanĝo, do enMach-Zehnder-modulatorojkaj ringomodulatoroj, kutime oni preferas uzi truojn por farifazmodulatoroj.
La diversajsilicio (Si) modulatoroTipoj estas montritaj en Figuro 10A. En modulatoro per injekto de portanto, lumo troviĝas en interna silicio ene de tre larĝa pinglokruciĝo, kaj elektronoj kaj truoj estas injektataj. Tamen, tiaj modulatoroj estas pli malrapidaj, tipe kun bendolarĝo de 500 MHz, ĉar liberaj elektronoj kaj truoj bezonas pli da tempo por rekombiniĝi post injekto. Tial, ĉi tiu strukturo ofte estas uzata kiel varia optika atenuilo (VOA) anstataŭ modulatoro. En modulatoro per malplenigo de portanto, la lumparto troviĝas en mallarĝa pn-kruciĝo, kaj la malpleniga larĝo de la pn-kruciĝo ŝanĝiĝas per aplikata elektra kampo. Ĉi tiu modulatoro povas funkcii je rapidoj super 50 Gb/s, sed havas altan fonan enmetperdon. La tipa vpil estas 2 V-cm. Modulatoro de metaloksida duonkonduktaĵo (MOS) (fakte duonkonduktaĵo-oksido-duonkonduktaĵo) enhavas maldikan oksidtavolon en pn-kruciĝo. Ĝi permesas iom da akumuliĝo de portantoj same kiel malplenigon de portantoj, permesante pli malgrandan VπL de ĉirkaŭ 0.2 V-cm, sed havas la malavantaĝon de pli altaj optikaj perdoj kaj pli alta kapacitanco por unuo de longo. Krome, ekzistas SiGe elektraj absorbaj modulatoroj bazitaj sur SiGe (silicia germania alojo) bendranda movado. Krome, ekzistas grafenaj modulatoroj, kiuj dependas de grafeno por ŝalti inter absorbaj metaloj kaj travideblaj izoliloj. Ĉi tiuj montras la diversecon de aplikoj de malsamaj mekanismoj por atingi altrapidan, malalt-perdan optikan signalmoduladon.
Figuro 10: (A) Transversa sekco de diversaj silicio-bazitaj optikaj modulatoraj dezajnoj kaj (B) transversa sekco de optikaj detektilaj dezajnoj.
Pluraj silicio-bazitaj lumdetektiloj estas montritaj en Figuro 10B. La absorba materialo estas germaniumo (Ge). Ge kapablas absorbi lumon je ondolongoj ĝis ĉirkaŭ 1.6 mikrometroj. Maldekstre estas montrita la plej komerce sukcesa stifta strukturo hodiaŭ. Ĝi konsistas el P-tipa dopita silicio sur kiu Ge kreskas. Ge kaj Si havas 4%-an kradan misagordon, kaj por minimumigi la dislokigon, maldika tavolo de SiGe unue kreskas kiel bufrotavolo. N-tipa dopado estas farita sur la supro de la Ge-tavolo. Metal-duonkonduktaĵo-metala (MSM) fotodiodo estas montrita en la mezo, kaj APD (lavanga fotodetektilo) estas montrita dekstre. La lavangoregiono en APD situas en Si, kiu havas pli malaltajn bruokarakterizaĵojn kompare kun la lavangoregiono en elementaj materialoj de Grupo III-V.
Nuntempe, ne ekzistas solvoj kun evidentaj avantaĝoj en integrado de optika gajno kun silicia fotoniko. Figuro 11 montras plurajn eblajn opciojn organizitajn laŭ kunignivelo. Maldekstre estas monolitaj integriĝoj, kiuj inkluzivas la uzon de epitakse kreskigita germaniumo (Ge) kiel optika gajnomaterialo, erbio-dopitaj (Er) vitraj ondgvidiloj (kiel ekzemple Al2O3, kiu postulas optikan pumpadon), kaj epitakse kreskigitaj kvantumpunktoj de galiuma arsenido (GaAs). La sekva kolumno estas kunigo de peceto al peceto, implikante oksidan kaj organikan ligadon en la regiono de la gajno de la III-V grupo. La sekva kolumno estas kunigo de peceto al peceto, kiu implikas enkorpigon de la peceto de la III-V grupo en la kavaĵon de la silicia peceto kaj poste maŝinadon de la ondgvidila strukturo. La avantaĝo de ĉi tiu unua tri-kolumna aliro estas, ke la aparato povas esti plene funkcia testita ene de la peceto antaŭ tranĉado. La plej dekstra kolumno estas kunigo de peceto al peceto, inkluzive de rekta kuplado de siliciaj pecetoj al pecetoj de la III-V grupo, same kiel kuplado per lenso kaj krado-kupliloj. La tendenco al komercaj aplikoj moviĝas de dekstre al maldekstre de la diagramo al pli integraj kaj integritaj solvoj.
Figuro 11: Kiel optika gajno estas integrita en silicio-bazitan fotonikon. Dum vi moviĝas de maldekstre dekstren, la fabrikada enigpunkto iom post iom moviĝas malantaŭen en la procezo.
Afiŝtempo: 22-a de Julio, 2024