System ddeunydd cylched integredig ffotonig (PIC)

System ddeunydd cylched integredig ffotonig (PIC)

Mae ffotonig silicon yn ddisgyblaeth sy'n defnyddio strwythurau planar yn seiliedig ar ddeunyddiau silicon i gyfeirio golau i gyflawni amrywiaeth o swyddogaethau. Rydym yn canolbwyntio yma ar gymhwyso ffotonig silicon wrth greu trosglwyddyddion a derbynyddion ar gyfer cyfathrebu ffibr optig. Wrth i'r angen i ychwanegu mwy o drosglwyddiad ar led band penodol, ôl troed penodol, a chost benodol gynyddu, mae ffotonig silicon yn dod yn fwy cadarn yn economaidd. Ar gyfer y rhan optegol,technoleg integreiddio ffotonigrhaid eu defnyddio, ac mae'r rhan fwyaf o drawsdderbynyddion cydlynol heddiw wedi'u hadeiladu gan ddefnyddio modiwleidyddion cylched tonnau golau (PLC) LiNbO3/ planar ar wahân a derbynyddion InP/PLC.

Ffigur 1: Yn dangos systemau deunydd cylched integredig ffotonig (PIC) a ddefnyddir yn gyffredin.

Mae Ffigur 1 yn dangos y systemau deunydd PIC mwyaf poblogaidd. O'r chwith i'r dde mae silica PIC wedi'i seilio ar silicon (a elwir hefyd yn PLC), inswleiddiwr PIC wedi'i seilio ar silicon (silicon photonics), lithiwm niobate (LiNbO3), a grŵp III-V PIC, fel InP a GaAs. Mae'r papur hwn yn canolbwyntio ar ffotonig wedi'i seilio ar silicon. Ynffotonig silicon, mae'r signal golau yn teithio'n bennaf mewn silicon, sydd â bwlch band anuniongyrchol o 1.12 folt electron (gyda thonfedd o 1.1 micron). Mae silicon yn cael ei dyfu ar ffurf crisialau pur mewn ffwrneisi ac yna'n cael ei dorri'n wafferi, sydd heddiw fel arfer yn 300 mm mewn diamedr. Mae wyneb y waffer yn cael ei ocsideiddio i ffurfio haen silica. Mae un o'r wafferi yn cael ei fomio ag atomau hydrogen i ddyfnder penodol. Yna mae'r ddau waffer yn cael eu hasio mewn gwactod ac mae eu haenau ocsid yn bondio i'w gilydd. Mae'r cynulliad yn torri ar hyd y llinell fewnblannu ïon hydrogen. Yna mae'r haen silicon wrth y crac yn cael ei sgleinio, gan adael haen denau o Si crisialog yn y pen draw ar ben y waffer silicon "dolen" gyfan ar ben yr haen silica. Mae ton-dywyswyr yn cael eu ffurfio o'r haen grisialog denau hon. Er bod y wafferi inswleiddiwr sy'n seiliedig ar silicon (SOI) hyn yn gwneud ton-dywyswyr ffotonig silicon colled isel yn bosibl, maent mewn gwirionedd yn cael eu defnyddio'n fwy cyffredin mewn cylchedau CMOS pŵer isel oherwydd y cerrynt gollyngiad isel y maent yn ei ddarparu.

Mae yna lawer o ffurfiau posibl o donnau optegol wedi'u seilio ar silicon, fel y dangosir yn Ffigur 2. Maent yn amrywio o donnau silica wedi'u dopio â germaniwm ar raddfa micro i donnau Silicon Wire ar raddfa nano. Drwy gymysgu germaniwm, mae'n bosibl gwneudffotosynwyryddionac amsugno trydanolmodiwlyddion, ac o bosibl hyd yn oed mwyhaduron optegol. Drwy ddopio silicon,modiwleiddiwr optegolgellir eu gwneud. Y gwaelod o'r chwith i'r dde mae: canllaw tonnau gwifren silicon, canllaw tonnau silicon nitrid, canllaw tonnau silicon ocsnitrid, canllaw tonnau crib silicon trwchus, canllaw tonnau silicon nitrid tenau a chanllaw tonnau silicon wedi'i dopio. Ar y brig, o'r chwith i'r dde, mae modiwleidyddion disbyddu, ffotosynhwyryddion germaniwm, a germaniwmmwyhaduron optegol.

Ffigur 2: Trawstoriad o gyfres tondywysydd optegol wedi'i seilio ar silicon, yn dangos colledion lluosogi nodweddiadol a mynegeion plygiannol.