System ddeunydd cylched integredig ffotonig (PIC).

System ddeunydd cylched integredig ffotonig (PIC).

Mae ffotoneg 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 ffotoneg 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 ffotoneg silicon yn dod yn fwy cadarn yn economaidd. Ar gyfer y rhan optegol,technoleg integreiddio ffotonigRhaid eu defnyddio, ac mae'r rhan fwyaf o drosglwyddyddion cydlynol heddiw yn cael eu hadeiladu gan ddefnyddio modylwyr cylched tonnau golau LiNbO3/ planar (PLC) 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 sy'n seiliedig ar silicon (a elwir hefyd yn PLC), ynysydd silicon PIC (ffotoneg silicon), niobate lithiwm (LiNbO3), a grŵp III-V PIC, megis InP a GaAs. Mae'r papur hwn yn canolbwyntio ar ffotoneg sy'n seiliedig ar silicon. Ynffotoneg 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 wafer yn cael ei ocsidio i ffurfio haen silica. Mae un o'r wafferi yn cael ei beledu ag atomau hydrogen i ddyfnder penodol. Yna caiff y ddwy wafferi eu hasio mewn gwactod ac mae eu haenau ocsid yn bondio â'i gilydd. Mae'r cynulliad yn torri ar hyd y llinell fewnblannu ïon hydrogen. Yna caiff yr haen silicon yn y crac ei sgleinio, gan adael haen denau o Si grisialaidd yn y pen draw ar ben y wafer “handle” silicon cyfan ar ben yr haen silica. Mae Waveguides yn cael eu ffurfio o'r haen grisialog denau hon. Er bod y wafferi ynysydd silicon (SOI) hyn yn gwneud tonnau ffotoneg silicon colled isel yn bosibl, fe'u defnyddir mewn gwirionedd yn fwy cyffredin mewn cylchedau CMOS pŵer isel oherwydd y cerrynt gollyngiadau isel a ddarperir ganddynt.

Mae yna lawer o ffurfiau posibl o donfeddi optegol sy'n seiliedig ar silicon, fel y dangosir yn Ffigur 2. Maent yn amrywio o ganllawiau tonnau silica wedi'u dopio ag germaniwm micro-raddfa i ganllawiau tonnau nanoscale Silicon Wire. Trwy gymysgu germanium, mae'n bosibl gwneudffotosynwyryddionac amsugno trydanolmodulators, ac o bosibl hyd yn oed mwyhaduron optegol. Trwy ddopio silicon, anmodulator optegolgellir ei wneud. Y gwaelod o'r chwith i'r dde yw: canllaw tonnau gwifren silicon, canllaw tonnau nitrid silicon, canllaw tonnau ocsinitrid silicon, canllaw tonnau crib silicon trwchus, canllaw tonnau nitrid silicon tenau a thonfedd silicon doped. Ar y brig, o'r chwith i'r dde, mae modulators disbyddiad, ffotosynwyryddion germanium, a germaniummwyhaduron optegol.

Ffigur 2: Trawstoriad o gyfres tonnau optegol sy'n seiliedig ar silicon, sy'n dangos colledion lluosogi nodweddiadol a mynegeion plygiannol.