Elfen weithredol ffotonig silicon

Elfen weithredol ffotonig silicon

Mae cydrannau gweithredol ffotonig yn cyfeirio'n benodol at ryngweithiadau deinamig a gynlluniwyd yn fwriadol rhwng golau a mater. Cydran weithredol nodweddiadol o ffotonig yw modiwleiddiwr optegol. Mae pob cydrannau cyfredol sy'n seiliedig ar siliconmodiwlyddion optegolyn seiliedig ar effaith cludwr rhydd plasma. Gall newid nifer yr electronau rhydd a'r tyllau mewn deunydd silicon trwy ddulliau dopio, trydanol neu optegol newid ei fynegai plygiannol cymhleth, proses a ddangosir mewn hafaliadau (1,2) a gafwyd trwy ffitio data gan Soref a Bennett ar donfedd o 1550 nanometr. O'i gymharu ag electronau, mae tyllau'n achosi cyfran fwy o'r newidiadau mynegai plygiannol real a dychmygol, hynny yw, gallant gynhyrchu newid cyfnod mwy ar gyfer newid colled penodol, felly ynModiwlyddion Mach-Zehndera modiwleidyddion cylch, fel arfer mae'n well defnyddio tyllau i wneudmodiwlyddion cyfnod.

Yr amrywiolmodiwleiddiwr silicon (Si)Dangosir y mathau hyn yn Ffigur 10A. Mewn modiwleiddiwr chwistrellu cludwr, mae golau wedi'i leoli mewn silicon cynhenid ​​o fewn cyffordd pin eang iawn, ac mae electronau a thyllau'n cael eu chwistrellu. Fodd bynnag, mae modiwleiddiwyr o'r fath yn arafach, fel arfer gyda lled band o 500 MHz, oherwydd mae electronau a thyllau rhydd yn cymryd mwy o amser i ailgyfuno ar ôl eu chwistrellu. Felly, defnyddir y strwythur hwn yn aml fel gwanhawr optegol amrywiol (VOA) yn hytrach na modiwleiddiwr. Mewn modiwleiddiwr disbyddu cludwr, mae'r rhan golau wedi'i lleoli mewn cyffordd pn gul, ac mae lled disbyddu'r gyffordd pn yn cael ei newid gan faes trydanol cymhwysol. Gall y modiwleiddiwr hwn weithredu ar gyflymderau sy'n fwy na 50Gb/s, ond mae ganddo golled mewnosod cefndir uchel. Y vpil nodweddiadol yw 2 V-cm. Mae modiwleiddiwr lled-ddargludyddion ocsid metel (MOS) (mewn gwirionedd lled-ddargludyddion-ocsid-lled-ddargludyddion) yn cynnwys haen ocsid denau mewn cyffordd pn. Mae'n caniatáu rhywfaint o gronni cludwyr yn ogystal â disbyddu cludwyr, gan ganiatáu VπL llai o tua 0.2 V-cm, ond mae ganddo'r anfantais o golledion optegol uwch a chynhwysedd uwch fesul hyd uned. Yn ogystal, mae modiwleidyddion amsugno trydanol SiGe yn seiliedig ar symudiad ymyl band SiGe (aloi silicon Germaniwm). Yn ogystal, mae modiwleidyddion graffen sy'n dibynnu ar graffen i newid rhwng metelau amsugnol ac inswleiddwyr tryloyw. Mae'r rhain yn dangos amrywiaeth y cymwysiadau o wahanol fecanweithiau i gyflawni modiwleiddio signal optegol cyflym, colled isel.

Ffigur 10: (A) Diagram trawsdoriadol o wahanol ddyluniadau modiwleiddiwr optegol sy'n seiliedig ar silicon a (B) diagram trawsdoriadol o ddyluniadau synhwyrydd optegol.

Dangosir nifer o synwyryddion golau sy'n seiliedig ar silicon yn Ffigur 10B. Y deunydd amsugno yw germaniwm (Ge). Mae Ge yn gallu amsugno golau ar donfeddi i lawr i tua 1.6 micron. Dangosir ar y chwith y strwythur pin mwyaf llwyddiannus yn fasnachol heddiw. Mae'n cynnwys silicon wedi'i ddopio math-P y mae Ge yn tyfu arno. Mae gan Ge a Si anghydweddiad dellt o 4%, ac er mwyn lleihau'r dadleoliad, tyfir haen denau o SiGe yn gyntaf fel haen byffer. Perfformir dopio math-N ar ben haen Ge. Dangosir ffotodeuod metel-lled-ddargludyddion-metel (MSM) yn y canol, ac APD (Ffotosynhwyrydd eirlithriad) wedi'i ddangos ar y dde. Mae rhanbarth yr eirlithriad yn APD wedi'i leoli yn Si, sydd â nodweddion sŵn is o'i gymharu â rhanbarth yr eirlithriad mewn deunyddiau elfennol Grŵp III-V.

Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw atebion â manteision amlwg wrth integreiddio enillion optegol â ffotonig silicon. Mae Ffigur 11 yn dangos sawl opsiwn posibl wedi'u trefnu yn ôl lefel y cydosodiad. Ar y chwith eithaf mae integreiddiadau monolithig sy'n cynnwys defnyddio germaniwm (Ge) wedi'i dyfu'n epitacsial fel deunydd enillion optegol, ton-dywyswyr gwydr wedi'u dopio ag erbium (Er) (megis Al2O3, sydd angen pwmpio optegol), a dotiau cwantwm galliwm arsenid (GaAs) wedi'u tyfu'n epitacsial. Y golofn nesaf yw cydosod wafer i wafer, sy'n cynnwys bondio ocsid ac organig yn rhanbarth enillion grŵp III-V. Y golofn nesaf yw cydosod sglodion-i-wafer, sy'n cynnwys mewnosod y sglodion grŵp III-V i geudod y wafer silicon ac yna peiriannu strwythur y ton-dywysydd. Mantais y dull tair colofn gyntaf hwn yw y gellir profi'r ddyfais yn llawn swyddogaethol y tu mewn i'r wafer cyn ei thorri. Y golofn fwyaf dde yw cydosod sglodion-i-sglodion, gan gynnwys cyplu uniongyrchol sglodion silicon i sglodion grŵp III-V, yn ogystal â chyplu trwy gyplyddion lens a grating. Mae'r duedd tuag at gymwysiadau masnachol yn symud o ochr dde i ochr chwith y siart tuag at atebion mwy integredig ac integredig.

Ffigur 11: Sut mae ennill optegol yn cael ei integreiddio i ffotonig sy'n seiliedig ar silicon. Wrth i chi symud o'r chwith i'r dde, mae'r pwynt mewnosod gweithgynhyrchu yn symud yn ôl yn raddol yn y broses.