Photonic Integrated Circuit (PIC) materialesystem
Silicium Photonics er en disciplin, der bruger plane strukturer baseret på siliciummaterialer til at dirigere 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 øges, bliver siliciumfotonik mere økonomisk sund. For den optiske del,Fotonisk integrationsteknologiSkal bruges, og de fleste sammenhængende transceivere i dag er 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 til højre er siliciumbaseret silica-PIC (også kendt som PLC), siliciumbaseret isolator PIC (siliciumfotonik), lithium niobate (Linbo3) og III-V-gruppe PIC, såsom INP og GAAS. Dette papir fokuserer på siliciumbaseret fotonik. ISiliciumfotonik, lyssignalet bevæger sig hovedsageligt i silicium, som har et indirekte båndgap på 1,12 elektronvolt (med en bølgelængde på 1,1 mikron). Silicium dyrkes i form af rene krystaller i ovne og skærer derefter i skiver, som i dag typisk er 300 mm i diameter. Waferoverfladen oxideres for at danne et silicagag. En af skiverne bombarderes med brintatomer til en bestemt dybde. De to skiver smeltes derefter i et vakuum, og deres oxidlag binder sig til hinanden. Samlingen bryder langs brintionimplantationslinjen. Siliciumlaget ved revnen poleres derefter, hvilket til sidst efterlader et tyndt lag krystallinsk Si på toppen af det intakte silicium "håndtag" skive oven på silicagaget. Bølgeledere er dannet ud fra dette tynde krystallinske lag. Mens disse siliciumbaserede isolatorer (SOI) skiver gør lavt tab siliciumfotonikbølgeledere mulige, bruges de faktisk mere almindeligt i CMOS-kredsløb med lav effekt på grund af den lave lækstrøm, de leverer.
Der er mange mulige former for siliciumbaserede optiske bølgeledere, som vist i figur 2. De spænder fra mikroskala germanium-dopede silica-bølgeledere til nanoskala silicium wire-bølgeleder. Ved at blande germanium er det muligt at lavefotodetektorerog elektrisk absorptionmodulatorer, og muligvis endda optiske forstærkere. Ved doping silicium, enOptisk modulatorkan laves. Bunden fra venstre til højre er: silicium wire bølgeleder, siliciumnitridbølgeleder, siliciumoxynitridbølgeleder, tyk siliciumryggeleder, tynd siliciumnitridbølgeleder og dopet siliciumbølgeleder. Øverst, fra venstre mod højre, er udtømningsmodulatorer, germanium fotodetektorer og germaniumOptiske forstærkere.
Figur 2: Tværsnit af en siliciumbaseret optisk bølgeleder-serie, der viser typiske tab af forplantning og brydningsindeks.
Posttid: Jul-15-2024