For siliciumbaseret optoelektronik, siliciumfotodetektorer
FotodetektorerKonverter lyssignaler til elektriske signaler, og når dataoverførselshastighederne fortsætter med at forbedre, er højhastighedsfotodetektorer integreret med siliciumbaserede optoelektronikplatforme blevet nøglen til næste generations datacentre og telekommunikationsnetværk. Denne artikel giver en oversigt over avancerede højhastighedsfotodetektorer med vægt på siliciumbaseret germanium (GE eller SI Photodetector)SiliciumfotodetektorerTil integreret optoelektronik -teknologi.
Germanium er et attraktivt materiale til nær infrarød lysdetektion på siliciumplatforme, fordi det er kompatibelt med CMOS -processer og har ekstremt stærk absorption ved telekommunikationsbølgelængder. Den mest almindelige GE/SI-fotodetektorstruktur er pin-dioden, hvor det iboende germanium er klemt mellem P-typen og N-typen.
Enhedsstruktur Figur 1 viser en typisk lodret pin GE ellerSi Photodetectorstruktur:
De vigtigste funktioner inkluderer: Germaniumabsorberende lag dyrket på siliciumsubstrat; Bruges til at indsamle P- og N -kontakter med ladningsbærere; Bølgelederkobling til effektiv lysabsorption.
Epitaksial vækst: Voksende germanium af høj kvalitet på silicium er udfordrende på grund af 4,2% gittermatchet mellem de to materialer. En totrins vækstproces bruges normalt: lav temperatur (300-400 ° C) bufferlagsvækst og høj temperatur (over 600 ° C) afsætning af germanium. Denne metode hjælper med at kontrollere trådning af dislokationer forårsaget af gitter -uoverensstemmelser. Post-vækst til annealing ved 800-900 ° C reducerer yderligere tråddislokationstætheden til ca. 10^7 cm^-2. Performanceegenskaber: Den mest avancerede GE /SI -pin -fotodetektor kan opnå: lydhørhed,> 0,8a /w ved 1550 nm; Båndbredde,> 60 GHz; Mørk strøm, <1 μA ved -1 V -bias.
Integration med siliciumbaserede optoelektronikplatforme
Integrationen afHøjhastighedsfotodetektorerMed siliciumbaserede optoelektroniske platforme muliggør avancerede optiske transceivere og sammenkoblinger. De to vigtigste integrationsmetoder er som følger: front-end-integration (FEOL), hvor fotodetektoren og transistoren samtidig fremstilles på et siliciumsubstrat, der giver mulighed for behandling af høj temperatur, men optages af chipområdet. Back-end integration (BEOL). Fotodetektorer fremstilles oven på metallet for at undgå interferens med CMO'er, men er begrænset til lavere behandlingstemperaturer.
Figur 2: Responsivitet og båndbredde af en højhastigheds GE/SI-fotodetektor
Anvendelse af datacenter
Højhastighedsfotodetektorer er en nøglekomponent i den næste generation af sammenkobling af datacenter. Hovedapplikationer inkluderer: optiske transceivere: 100 g, 400 g og højere satser ved hjælp af PAM-4-modulation; ENFotodetektor med høj båndbredde(> 50 GHz) er påkrævet.
Siliciumbaseret optoelektronisk integreret kredsløb: monolitisk integration af detektor med modulator og andre komponenter; En kompakt, højtydende optisk motor.
Distribueret arkitektur: Optisk sammenkobling mellem distribueret computer, opbevaring og opbevaring; Kører efterspørgslen efter energieffektive fotodetektorer med høj båndbredde.
Fremtidige udsigter
Fremtiden for integrerede optoelektroniske højhastighedsfotodetektorer viser følgende tendenser:
Højere datahastigheder: Kørsel af udviklingen af 800 g og 1,6T transceivere; Fotodetektorer med båndbredde større end 100 GHz er påkrævet.
Forbedret integration: Enkelt chipintegration af III-V-materiale og silicium; Avanceret 3D -integrationsteknologi.
Nye materialer: Udforskning af to-dimensionelle materialer (såsom grafen) til ultrahandt lysdetektion; En ny gruppe IV -legering til udvidet bølgelængde -dækning.
Nye applikationer: Lidar og andre sensing -applikationer driver udviklingen af APD; Mikrobølgefotonapplikationer, der kræver høje linearitetsfotodetektorer.
Højhastighedsfotodetektorer, især GE- eller SI-fotodetektorer, er blevet en vigtig drivkraft for siliciumbaseret optoelektronik og næste generations optiske kommunikation. Fortsatte fremskridt inden for materialer, enhedsdesign og integrationsteknologier er vigtige for at imødekomme de voksende krav til båndbredde fra fremtidige datacentre og telekommunikationsnetværk. Når feltet fortsætter med at udvikle sig, kan vi forvente at se fotodetektorer med højere båndbredde, lavere støj og problemfri integration med elektroniske og fotoniske kredsløb.
Posttid: Jan-20-2025