Fotonisk integreret kredsløb (PIC) materialesystem
Siliciumfotonik er en disciplin, der bruger plane strukturer baseret på siliciummaterialer til at styre lys for at opnå en række forskellige funktioner. Vi fokuserer her på anvendelsen af siliciumfotonik i skabelsen af sendere og modtagere til fiberoptisk kommunikation. Efterhånden som behovet for at tilføje mere transmission ved en given båndbredde, et givet fodaftryk og en given pris stiger, bliver siliciumfotonik mere økonomisk forsvarligt. For den optiske del,fotonisk integrationsteknologiskal anvendes, og de fleste kohærente transceivere i dag er bygget ved hjælp af separate LiNbO3/planære lysbølgekredsløb (PLC)-modulatorer og InP/PLC-modtagere.
Figur 1: Viser almindeligt anvendte fotoniske integrerede kredsløbs (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. Isiliciumfotonik, 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 wafere, som i dag typisk er 300 mm i diameter. Waferoverfladen oxideres for at danne et silicalag. En af waferne bombarderes med hydrogenatomer til en vis dybde. De to wafere smeltes derefter sammen i vakuum, og deres oxidlag binder til hinanden. Samlingen brydes langs hydrogenionimplantationslinjen. 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 ud fra dette tynde krystallinske lag. Selvom disse siliciumbaserede isolatorwafere (SOI) muliggør lavtabs siliciumfotoniske bølgeledere, bruges de faktisk mere almindeligt i CMOS-kredsløb med lavt strømforbrug på grund af den lave lækstrøm, de giver.
Der findes mange mulige former for siliciumbaserede optiske bølgeledere, som vist i figur 2. De spænder fra mikroskala germaniumdopede silicabølgeledere til nanoskala siliciumtrådsbølgeledere. Ved at blande germanium er det muligt at fremstillefotodetektorerog elektrisk absorptionmodulatorer, og muligvis endda optiske forstærkere. Ved at dope silicium, enoptisk modulatorkan laves. Nederst fra venstre mod højre er: siliciumtrådbølgeleder, siliciumnitridbølgeleder, siliciumoxynitridbølgeleder, tyk siliciumrillebølgeleder, tynd siliciumnitridbølgeleder og doteret siliciumbølgeleder. Øverst, fra venstre mod højre, er der udtømningsmodulatorer, germaniumfotodetektorer og germaniumoptiske forstærkere.
Figur 2: Tværsnit af en siliciumbaseret optisk bølgelederserie, der viser typiske udbredelsestab og brydningsindekser.
Opslagstidspunkt: 15. juli 2024