Система матеріалів фотонної інтегральної схеми (PIC)
Кремнієва фотоніка – це дисципліна, яка використовує планарні структури на основі кремнієвих матеріалів для спрямування світла для досягнення різноманітних функцій. Тут ми зосереджуємося на застосуванні кремнієвої фотоніки у створенні передавачів і приймачів для волоконно-оптичного зв'язку. Зі зростанням потреби в додаванні більшої передачі при заданій смузі пропускання, заданій площі та заданій вартості, кремнієва фотоніка стає більш економічно обґрунтованою. Що стосується оптичної частини,технологія фотонної інтеграціїнеобхідно використовувати, і більшість когерентних приймачів сьогодні побудовані з використанням окремих модуляторів LiNbO3/планарної світлової хвильової схеми (PLC) та приймачів InP/PLC.
Рисунок 1: Показує поширені системи матеріалів фотонних інтегральних схем (PIC).
На рисунку 1 показано найпопулярніші системи матеріалів PIC. Зліва направо показано кремнієві PIC на основі діоксиду кремнію (також відомі як PLC), кремнієві ізоляторні PIC (кремнієва фотоніка), ніобат літію (LiNbO3) та PIC III-V групи, такі як InP та GaAs. Ця стаття зосереджена на фотоніці на основі кремнію.кремнієва фотонікаСвітловий сигнал переважно поширюється в кремнії, який має непряму заборонену зону 1,12 електрон-вольта (з довжиною хвилі 1,1 мікрона). Кремній вирощують у вигляді чистих кристалів у печах, а потім розрізають на пластини, які сьогодні зазвичай мають діаметр 300 мм. Поверхня пластини окислюється, утворюючи шар кремнезему. Одну з пластин бомбардують атомами водню на певну глибину. Потім дві пластини сплавляють у вакуумі, і їхні оксидні шари з'єднуються один з одним. Збірка розривається вздовж лінії імплантації іонів водню. Шар кремнію в місці тріщини потім полірується, залишаючи тонкий шар кристалічного Si поверх неушкодженої кремнієвої пластини-"ручки" поверх шару кремнезему. З цього тонкого кристалічного шару формуються хвилеводи. Хоча ці кремнієві ізоляторні пластини (SOI) роблять можливими кремнієві фотонні хвилеводи з низькими втратами, вони насправді частіше використовуються в малопотужних CMOS-схемах через низький струм витоку, який вони забезпечують.
Існує багато можливих форм кремнієвих оптичних хвилеводів, як показано на рисунку 2. Вони варіюються від мікророзмірних кремнієвих хвилеводів, легованих германієм, до нанорозмірних кремнієвих дротяних хвилеводів. Змішуючи германій, можна виготовитифотодетекторита електричне поглинаннямодулятори, і, можливо, навіть оптичні підсилювачі. Легуючи кремнієм,оптичний модуляторможна виготовити. Внизу зліва направо розташовані: кремнієвий дротяний хвилевід, кремнієвий нітридний хвилевід, кремнієвий оксинітридний хвилевід, товстий кремнієвий ребристий хвилевід, тонкий кремнієвий нітридний хвилевід та легований кремнієвий хвилевід. Вгорі, зліва направо, розташовані модулятори виснаження, германієві фотодетектори та германієвіоптичні підсилювачі.
Рисунок 2: Поперечний переріз серії оптичних хвилеводів на основі кремнію, що показує типові втрати на поширення та показники заломлення.
Час публікації: 15 липня 2024 р.