Ar gyfer optoelectroneg wedi'i seilio ar silicon, ffotodetectorau silicon (SI ffotodetector)

Ar gyfer optoelectroneg wedi'i seilio ar silicon, ffotodetectorau silicon

FfotodetectorauTrosi signalau golau yn signalau trydanol, ac wrth i gyfraddau trosglwyddo data barhau i wella, mae ffotodetectorau cyflym wedi'u hintegreiddio â llwyfannau optoelectroneg sy'n seiliedig ar silicon wedi dod yn allweddol i ganolfannau data cenhedlaeth nesaf a rhwydweithiau telathrebu. Bydd yr erthygl hon yn darparu trosolwg o ffotodetectorau cyflym uwch, gyda phwyslais ar germaniwm wedi'i seilio ar silicon (GE neu SI ffotodetector)ffotodetectorau siliconar gyfer technoleg optoelectroneg integredig.

Mae Germaniwm yn ddeunydd deniadol ar gyfer canfod golau bron yn is -goch ar lwyfannau silicon oherwydd ei fod yn gydnaws â phrosesau CMOS ac mae ganddo amsugno hynod gryf ar donfeddi telathrebu. Y strwythur ffotodetector GE/SI mwyaf cyffredin yw'r deuod pin, lle mae'r germaniwm cynhenid ​​yn cael ei ryngosod rhwng y mathau p-p-math a rhanbarthau n-n-math.

Strwythur Dyfais Mae Ffigur 1 yn dangos pin fertigol nodweddiadol GE neuSI ffotodetectorStrwythur:

Mae'r prif nodweddion yn cynnwys: haen amsugno germaniwm a dyfir ar swbstrad silicon; A ddefnyddir i gasglu cysylltiadau p ac n cludwyr gwefr; Cyplu tonnau ar gyfer amsugno golau effeithlon.

Twf epitaxial: Mae tyfu germaniwm o ansawdd uchel ar silicon yn heriol oherwydd y camgymhariad dellt 4.2% rhwng y ddau ddeunydd. Defnyddir proses twf dau gam fel arfer: tymheredd isel (300-400 ° C) twf haen byffer a thymheredd uchel (uwchlaw 600 ° C) dyddodiad germaniwm. Mae'r dull hwn yn helpu i reoli dadleoli edafu a achosir gan gamgymhariadau dellt. Mae anelio ôl-dwf ar 800-900 ° C yn lleihau'r dwysedd dadleoli edafu ymhellach i tua 10^7 cm^-2. Nodweddion Perfformiad: Gall y ffotodetector pin GE /SI mwyaf datblygedig gyflawni: ymatebolrwydd,> 0.8a /w yn 1550 nm; Lled band,> 60 GHz; Cerrynt tywyll, <1 μA ar ragfarn -1 V.

Integreiddio â llwyfannau optoelectroneg wedi'u seilio ar silicon

Integreiddioffotodetectorau cyflymGyda llwyfannau optoelectroneg sy'n seiliedig ar silicon yn galluogi transceivers optegol a rhyng-gysylltiadau datblygedig. Mae'r ddau brif ddull integreiddio fel a ganlyn: integreiddio pen blaen (FEOL), lle mae'r ffotodetector a'r transistor yn cael eu cynhyrchu ar yr un pryd ar swbstrad silicon sy'n caniatáu ar gyfer prosesu tymheredd uchel, ond cymryd ardal sglodion. Integreiddio pen ôl (BEOL). Mae ffotodetectorau yn cael eu cynhyrchu ar ben y metel er mwyn osgoi ymyrraeth â CMOs, ond maent yn gyfyngedig i dymheredd prosesu is.

Ffigur 2: Ymatebolrwydd a lled band ffotodetector GE/SI cyflym

Cais Canolfan Ddata

Mae ffotodetectorau cyflym yn rhan allweddol yn y genhedlaeth nesaf o gydgysylltiad canolfannau data. Ymhlith y prif gymwysiadau mae: transceivers optegol: 100g, 400g a chyfraddau uwch, gan ddefnyddio modiwleiddio PAM-4; Affotodetector lled band uchelMae angen (> 50 GHz).

Cylchdaith integredig optoelectroneg wedi'i seilio ar silicon: integreiddio synhwyrydd monolithig â modulator a chydrannau eraill; Peiriant optegol compact, perfformiad uchel.

Pensaernïaeth Ddosbarthedig: Cydgysylltiad optegol rhwng cyfrifiadura dosbarthedig, storio a storio; Gyrru'r galw am ffotodetectorau ynni-effeithlon, lled band uchel.

Rhagolwg yn y dyfodol

Bydd dyfodol ffotodetectorau cyflym optoelectroneg integredig yn dangos y tueddiadau canlynol:

Cyfraddau data uwch: gyrru datblygiad transceivers 800g ac 1.6T; Mae angen ffotodetectorau â lled band sy'n fwy na 100 GHz.

Gwell integreiddio: integreiddiad sglodion sengl o ddeunydd III-V a silicon; Technoleg Integreiddio 3D Uwch.

Deunyddiau newydd: Archwilio deunyddiau dau ddimensiwn (fel graphene) ar gyfer canfod golau eithaf; Aloi Grŵp IV newydd ar gyfer darllediad tonfedd estynedig.

Ceisiadau sy'n dod i'r amlwg: Mae LiDAR a chymwysiadau synhwyro eraill yn gyrru datblygiad APD; Cymwysiadau ffoton microdon sydd angen ffotodetectorau llinoledd uchel.

Mae ffotodetectorau cyflym, yn enwedig ffotodetectorau GE neu SI, wedi dod yn yrrwr allweddol i optoelectroneg sy'n seiliedig ar silicon a chyfathrebu optegol y genhedlaeth nesaf. Mae datblygiadau parhaus mewn deunyddiau, dylunio dyfeisiau a thechnolegau integreiddio yn bwysig i fodloni gofynion lled band cynyddol canolfannau data a rhwydweithiau telathrebu yn y dyfodol. Wrth i'r cae barhau i esblygu, gallwn ddisgwyl gweld ffotodetectorau â lled band uwch, sŵn is, ac integreiddio di -dor â chylchedau electronig a ffotonig.