Virkt frumefni kísilsljósfræði

Virkt frumefni kísilsljósfræði

Virkir íhlutir ljósfræðilegra efna vísa sérstaklega til af ásettu ráði hönnuðra kraftmikilla víxlverkunar milli ljóss og efnis. Dæmigerður virkur íhlutur ljósfræðilegra efna er ljósleiðari. Allir núverandi sílikon-byggðir...ljósleiðarareru byggðar á áhrifum frjálsra flutningsaðila í plasma. Breyting á fjölda frjálsra rafeinda og gata í kísilefni með lyfjagjöf, rafmagns- eða ljósfræðilegum aðferðum getur breytt flóknu ljósbrotsstuðli þess, ferli sem sýnt er í jöfnum (1,2) sem fengust með því að aðlaga gögn frá Soref og Bennett við bylgjulengd 1550 nanómetra. Í samanburði við rafeindir valda holur stærri hluta af raunverulegum og ímynduðum ljósbrotsstuðlum, það er að segja, þær geta valdið stærri fasabreytingu fyrir tiltekna tapbreytingu, þannig að íMach-Zehnder mótunarbúnaðurog hringmótorar, er venjulega æskilegt að nota göt til að búa tilfasastýringar.

Hinar ýmsukísill (Si) mótalariTegundirnar eru sýndar á mynd 10A. Í burðarbylgjuinnspýtingarmótara er ljós staðsett í innra kísil innan mjög breiðs pinnatengingar og rafeindir og holur eru sprautaðar inn. Hins vegar eru slíkir mótarar hægari, venjulega með bandvídd upp á 500 MHz, vegna þess að frjálsar rafeindir og holur taka lengri tíma að sameinast aftur eftir innspýtingu. Þess vegna er þessi uppbygging oft notuð sem breytilegur ljósdeyfir (VOA) frekar en mótari. Í burðarbylgjutæmingarmótara er ljóshlutinn staðsettur í þröngum pn-tengingu og rýrnunarbreidd pn-tengingarinnar breytist með beittum rafsviði. Þessi mótari getur starfað á hraða yfir 50 Gb/s en hefur mikið bakgrunnsinnsetningartap. Dæmigert vpil er 2 V-cm. Málmoxíð hálfleiðari (MOS) (í raun hálfleiðari-oxíð-hálfleiðari) mótari inniheldur þunnt oxíðlag í pn-tengingu. Það gerir kleift að safna flutningsbylgjum að einhverju leyti sem og að tæma þær, sem gerir minni VπL um 0,2 V-cm kleift, en hefur þann ókost að vera hærra ljósleiðartap og hærra rýmd á lengdareiningu. Að auki eru til SiGe rafgleypnistillarar byggðir á SiGe (sílikon-germaníum málmblöndu) bandbrúnarhreyfingu. Að auki eru til grafenstillarar sem reiða sig á grafen til að skipta á milli gleypnimálma og gegnsæja einangrara. Þetta sýnir fram á fjölbreytni notkunarmöguleika mismunandi aðferða til að ná fram hraðvirkri, lágtaps ljósleiðnimótun.

Mynd 10: (A) Þversniðsmynd af ýmsum hönnunum ljósleiðara sem byggja á sílikoni og (B) þversniðsmynd af hönnunum ljósnema.

Nokkrir ljósnemar byggðir á kísil eru sýndir á mynd 10B. Gleypiefnið er germaníum (Ge). Ge getur gleypt ljós á bylgjulengdum niður í um 1,6 míkron. Vinstra megin sést vinsælasta pinnabyggingin í dag. Hún er úr P-gerð efnuðu kísil sem Ge vex á. Ge og Si hafa 4% grindarmisræmi og til að lágmarka tilfærsluna er þunnt lag af SiGe fyrst ræktað sem stuðpúðalag. N-gerð efst á Ge laginu er notað. Málm-hálfleiðari-málmur (MSM) ljósdíóða er sýnd í miðjunni og APD (Snjóflóðaljósnemi) er sýnt til hægri. Snjóflóðasvæðið í APD er staðsett í Si, sem hefur lægri hávaðaeiginleika samanborið við snjóflóðasvæðið í frumefnum í flokki III-V.

Eins og er eru engar lausnir með augljósum kostum við að samþætta ljósstyrkingu við kísilljósfræði. Mynd 11 sýnir nokkra mögulega valkosti raðaða eftir samsetningarstigi. Lengst til vinstri eru einlitar samþættingar sem fela í sér notkun á epitaxial ræktuðu germaníum (Ge) sem ljósstyrkingarefni, erbíum-dópuðum (Er) glerbylgjuleiðurum (eins og Al2O3, sem krefst ljósdælingar) og epitaxial ræktuðum gallíumarseníði (GaAs) skammtapunktum. Næsti dálkur er samsetning milli skífa, sem felur í sér oxíð og lífræna tengingu í III-V hópstyrkingarsvæðinu. Næsti dálkur er samsetning milli flísar, sem felur í sér að fella III-V hópsflísinn inn í hola kísilflísins og síðan vélræna bylgjuleiðarabyggingu. Kosturinn við þessa fyrstu þriggja dálka aðferð er að hægt er að prófa tækið að fullu inni í skífunni áður en það er skorið. Dálkurinn lengst til hægri er samsetning milli flísar, þar á meðal bein tenging kísilflísa við III-V hópsflísa, sem og tenging í gegnum linsu og grindartengi. Þróunin í átt að viðskiptalegum forritum er að færast frá hægri til vinstri hliðar töflunnar í átt að samþættari og samþættari lausnum.

Mynd 11: Hvernig ljósfræðilegur styrkur er samþættur í kísilbundnum ljósfræðilegum kerfum. Þegar farið er frá vinstri til hægri færist framleiðsluinnsetningarpunkturinn smám saman aftur í ferlinu.