Fotonisk integreret kredsløb (PIC) materialesystem
Siliciumfotonik er en disciplin, der bruger plane strukturer baseret på siliciummaterialer til at lede lys for at opnå en række funktioner. Vi fokuserer her på anvendelsen af siliciumfotonik til at skabe sendere og modtagere til fiberoptisk kommunikation. Efterhånden som behovet for at tilføje mere transmission ved en given båndbredde, et givet fodaftryk og en given omkostning stiger, bliver siliciumfotonik mere økonomisk sund. For den optiske del,fotonisk integrationsteknologiskal bruges, og de fleste sammenhængende transceivere er i dag bygget ved hjælp af separate LiNbO3/planar light-wave circuit (PLC) modulatorer og InP/PLC modtagere.
Figur 1: Viser almindeligt anvendte fotoniske integrerede kredsløb (PIC) materialesystemer.
Figur 1 viser de mest populære PIC-materialesystemer. Fra venstre mod højre er siliciumbaseret silica PIC (også kendt som PLC), siliciumbaseret isolator PIC (siliciumfotonik), lithiumniobat (LiNbO3) og III-V gruppe PIC, såsom InP og GaAs. Denne artikel fokuserer på siliciumbaseret fotonik. Isilicium fotonik, bevæger lyssignalet sig hovedsageligt i silicium, som har et indirekte båndgab på 1,12 elektronvolt (med en bølgelængde på 1,1 mikron). Silicium dyrkes i form af rene krystaller i ovne og skæres derefter til wafers, som i dag typisk er 300 mm i diameter. Waferoverfladen oxideres for at danne et silicalag. En af skiverne bliver bombarderet med brintatomer til en vis dybde. De to wafere smeltes derefter sammen i et vakuum, og deres oxidlag binder til hinanden. Enheden knækker langs brintionimplantationslinjen. Siliciumlaget ved revnen poleres derefter, hvilket til sidst efterlader et tyndt lag krystallinsk Si oven på den intakte silicium "håndtag"-wafer oven på silicalaget. Bølgeledere dannes af dette tynde krystallinske lag. Mens disse siliciumbaserede isolatorskiver (SOI) gør siliciumfotonikbølgeledere med lavt tab mulige, er de faktisk mere almindeligt anvendt i CMOS-kredsløb med lav effekt på grund af den lave lækstrøm, de giver.
Der er mange mulige former for silicium-baserede optiske bølgeledere, som vist i figur 2. De spænder fra mikroskala germanium-doterede silica bølgeledere til nanoskala Silicon Wire bølgeledere. Ved at blande germanium er det muligt at lavefotodetektorerog elektrisk absorptionmodulatorer, og muligvis endda optiske forstærkere. Ved at dope silicium, enoptisk modulatorkan laves. Nederst fra venstre mod højre er: siliciumtrådbølgeleder, siliciumnitridbølgeleder, siliciumoxynitridbølgeleder, tyk siliciumryggbølgeleder, tynd siliciumnitridbølgeleder og doteret siliciumbølgeleder. Øverst, fra venstre mod højre, er udtømningsmodulatorer, germanium fotodetektorer og germaniumoptiske forstærkere.
Figur 2: Tværsnit af en siliciumbaseret optisk bølgelederserie, der viser typiske udbredelsestab og brydningsindekser.
Indlægstid: 15-jul-2024