Fyrir ljósleiðara úr sílikoni, ljósnemar úr sílikoni
Ljósnemarumbreyta ljósmerkjum í rafmerki og þar sem gagnaflutningshraði heldur áfram að batna hafa hraðvirkir ljósnemar sem eru samþættir kísilbundnum ljósleiðarakerfum orðið lykillinn að næstu kynslóð gagnavera og fjarskiptakerfa. Þessi grein mun veita yfirlit yfir háþróaða hraðvirka ljósnema, með áherslu á kísilbundið germaníum (Ge eða Si ljósnema).ljósnemar úr sílikonifyrir samþætta ljósleiðaratækni.
Germaníum er aðlaðandi efni fyrir nær-innrauða ljósgreiningu á kísilpöllum þar sem það er samhæft við CMOS-ferla og hefur afar sterka gleypni við fjarskiptabylgjulengdir. Algengasta Ge/Si ljósnemauppbyggingin er pin-díóða, þar sem innrautt germaníum er á milli P-gerðar og N-gerðar svæðanna.
Uppbygging tækis Mynd 1 sýnir dæmigerðan lóðréttan pinna Ge eðaSi ljósnemiuppbygging:
Helstu eiginleikar eru meðal annars: germaníum-gleypandi lag ræktað á kísilundirlagi; notað til að safna p- og n-tengjum hleðslubera; bylgjuleiðaratenging fyrir skilvirka ljósgleypni.
Vöxtur í efri hluta kísils: Það er krefjandi að rækta hágæða germaníum á sílikoni vegna 4,2% grindarójafnvægis milli efnanna tveggja. Venjulega er notað tveggja þrepa vaxtarferli: vöxtur stuðpúðalags við lágan hita (300-400°C) og útfellingu germaníums við hátt hitastig (yfir 600°C). Þessi aðferð hjálpar til við að stjórna þráðarröskunum sem orsakast af grindarójafnvægi. Eftirglóðun við 800-900°C dregur enn frekar úr þéttleika þráðarröskunarinnar í um 10^7 cm^-2. Afköst: Háþróaðasti Ge/Si PIN ljósneminn getur náð: svörun, > 0,8A /W við 1550 nm; Bandbreidd, >60 GHz; Myrkurstraumur, <1 μA við -1 V skekkju.
Samþætting við sílikon-byggð ljósleiðarakerfi
Samþættinghraðvirkir ljósnemarMeð kísil-byggðum ljósfræðilegum rafeindakerfum er hægt að framleiða háþróaða ljósleiðara og tengingar. Tvær helstu samþættingaraðferðirnar eru eftirfarandi: Framhliðarsamþætting (e. Front-end integration (FEOL), þar sem ljósnemi og smári eru framleiddir samtímis á kísilundirlagi sem gerir kleift að vinna við háan hita en taka upp flísarflatarmál. Bakhliðarsamþætting (e. Back-end integration (BEOL). Ljósnemar eru framleiddir ofan á málminum til að forðast truflanir frá CMOS, en eru takmarkaðir við lægri vinnsluhita.
Mynd 2: Svörun og bandvídd hraðvirks Ge/Si ljósnema
Forrit fyrir gagnaver
Háhraða ljósnemar eru lykilþáttur í næstu kynslóð gagnaveratenginga. Helstu notkunarsvið eru: ljósleiðarar: 100G, 400G og hærri hraðar, með PAM-4 mótun; Aljósnemi með mikilli bandvídd(>50 GHz) er krafist.
Kísilbundin ljósleiðarasamþætt hringrás: einhliða samþætting skynjara með mótara og öðrum íhlutum; Samþjappað, afkastamikið ljósleiðarakerfi.
Dreifð arkitektúr: ljósfræðileg tenging milli dreifðrar tölvuvinnslu, geymslu og geymslu; Að knýja áfram eftirspurn eftir orkusparandi ljósnema með mikilli bandbreidd.
Framtíðarhorfur
Framtíð samþættra ljósleiðara með háhraða ljósnema mun sýna eftirfarandi þróun:
Hærri gagnahraði: Knúið áfram þróun 800G og 1.6T sendiviðtaka; Ljósnemar með bandvídd meiri en 100 GHz eru nauðsynlegir.
Bætt samþætting: Samþætting III-V efnis og sílikons með einni flís; Háþróuð 3D samþættingartækni.
Ný efni: Könnun á tvívíðum efnum (eins og grafeni) til að greina ljós með mikilli hraði; ný málmblöndu í flokki IV fyrir lengri bylgjulengd.
Nýjar notkunarmöguleikar: LiDAR og önnur skynjunarforrit eru að knýja áfram þróun APD; örbylgjufótónaforrit sem krefjast ljósnema með mikilli línuleika.
Hraðvirkir ljósnemar, sérstaklega Ge eða Si ljósnemar, hafa orðið lykilþáttur í kísilbundinni ljósleiðaratækni og næstu kynslóðar ljósleiðarasamskipta. Áframhaldandi framfarir í efnum, hönnun tækja og samþættingartækni eru mikilvægar til að mæta vaxandi bandbreiddarþörf framtíðar gagnavera og fjarskiptaneta. Þar sem sviðið heldur áfram að þróast getum við búist við að sjá ljósnema með meiri bandbreidd, minni hávaða og óaðfinnanlega samþættingu við rafeinda- og ljósleiðararásir.
Birtingartími: 20. janúar 2025