Fyrir kísil-undirstaða optoelectronics, kísill ljósnemar (Si ljósnemar)

Fyrir kísil-undirstaða optoelectronics, kísill ljósnemar

LjósnemarUmbreyttu ljósmerki í rafmagnsmerki og eftir því sem gagnaflutningshlutfall heldur áfram að bæta, hafa háhraða ljósritunaraðilar samþættir kísilbundnum optoelectronics pöllum orðið lykillinn að næstu kynslóð gagnavers og fjarskiptaneta. Þessi grein mun veita yfirlit yfir háþróaða háhraða ljósnemar, með áherslu á kísil byggð germanium (GE eða SI ljósnemar)Kísill ljósnemarFyrir samþætt optoelectronics tækni.

Germanium er aðlaðandi efni fyrir nær innrauða ljósgreining á sílikonpöllum vegna þess að það er samhæft við CMOS ferla og hefur afar sterka frásog við bylgjulengdir fjarskipta. Algengasta GE/SI ljósnemarbyggingin er pinna díóða, þar sem innra germanium er samlokað milli P-gerð og n-gerð svæða.

Uppbygging tækis Mynd 1 sýnir dæmigerð lóðrétt pin GE eðaSi ljósnemariUppbygging:

Helstu eiginleikar fela í sér: Germanium frásogandi lag ræktað á kísil undirlag; Notað til að safna P og N tengiliðum hleðslufyrirtækja; Bylgjuleiðbeining fyrir skilvirka frásog ljóss.

Epitaxial vöxtur: Að vaxa hágæða germanium á sílikon er krefjandi vegna 4,2% misræmis á grindunum milli efnanna tveggja. Tvö þrepa vaxtarferli er venjulega notað: lágt hitastig (300-400 ° C) vaxtarpúðarvöxtur og hátt hitastig (yfir 600 ° C) útfellingu germanium. Þessi aðferð hjálpar til við að stjórna þráðföllum af völdum misræmis grindar. Leysun eftir vexti við 800-900 ° C dregur enn frekar úr þéttleika þráðar í um það bil 10^7 cm^-2. Árangurseinkenni: Háþróaður GE /SI PIN ljósritari getur náð: svörun,> 0,8a /w við 1550 nm; Bandbreidd,> 60 GHz; Dimmur straumur, <1 μA við -1 V hlutdrægni.

Sameining við sílikon-undirstaða optoelectronics pallur

Samþættingháhraða ljósnemarMeð kísilbundnum optoelectronics vettvangi gerir kleift að fá háþróaða ljósleiðara og samtengingar. Þessar tvær meginaðlögunaraðferðir eru sem hér segir: Sameining framhlið (FEOL), þar sem ljósneminn og smári eru samtímis framleiddir á kísil undirlag sem gerir kleift að vinna með háhita, en taka upp flís svæði. Sameining aftan (BEOL). Ljósmyndir eru framleiddir ofan á málminn til að forðast truflanir á CMO, en eru takmarkaðir við lægra vinnsluhita.

Mynd 2: Viðbrögð og bandbreidd háhraða GE/SI ljósnemans

Umsókn gagnavers

Háhraða ljósnemar eru lykilþáttur í næstu kynslóð samtengingar gagnavers. Helstu forrit eru: sjónstýringar: 100g, 400g og hærri hlutfall, með PAM-4 mótun; A.Hátt bandbreidd ljósnemi(> 50 GHz) er krafist.

Silicon-undirstaða optoelectronic samþætt hringrás: monolithic samþætting skynjara við mótor og aðra íhluti; Samningur, afkastamikill sjónvél.

Dreifð arkitektúr: Optísk samtenging milli dreifðrar tölvu, geymslu og geymslu; Að keyra eftirspurn eftir orkunýtnum, háum bandbreidd ljósnemum.

Framtíðarhorfur

Framtíð samþættra optoelectronic háhraða ljósritara mun sýna eftirfarandi þróun:

Hærra gagnahlutfall: Að knýja fram þróun 800g og 1,6t senditæki; Nauðsynlegt er að nota ljósnemar með bandbreidd sem er meiri en 100 GHz.

Bætt samþætting: Samþætting á einum flís af III-V efni og sílikoni; Advanced 3D samþættingartækni.

Ný efni: Að kanna tvívíddarefni (svo sem grafen) til að greina öflugt ljós; Ný hóp IV álfelgur fyrir lengd bylgjulengdarumfjöllun.

Nýtt forrit: LiDAR og önnur skynjunarforrit eru að knýja fram þróun APD; Örbylgjuofn ljóseindarforrit sem krefjast hára línulegra ljósgreina.

Háhraða ljósnemar, sérstaklega GE eða SI ljósnemar, eru orðnir lykilstjóri kísilbundinna optoelectronics og næstu kynslóð sjónsamskipta. Áframhaldandi framfarir í efnum, hönnun tækja og samþættingartækni eru mikilvægar til að mæta vaxandi bandbreiddar kröfum framtíðar gagnavers og fjarskiptaneta. Þegar reiturinn heldur áfram að þróast getum við búist við að sjá ljósnemar með hærri bandbreidd, lægri hávaða og óaðfinnanlega samþættingu við rafrænar og ljósritunarrásir.