Матеріальна система 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 зосереджуємось на застосуванні кремнієвої фотоніки у створенні передавачів і приймачів для оптоволоконного зв’язку. У міру того, як зростає потреба в додаванні більшої кількості передачі в заданій смузі пропускання, заданому розмірі та заданій вартості, кремнієва фотоніка стає економічнішою. Для оптичної частини,технологія фотонної інтеграціїнеобхідно використовувати, і більшість когерентних приймачів-передавачів сьогодні побудовані з використанням окремих модуляторів LiNbO3/планарних світлових ланцюгів (PLC) і приймачів InP/PLC.
Малюнок 1. Показує найпоширеніші системи матеріалів фотонних інтегральних схем (PIC).
На малюнку 1 показано найпопулярніші системи матеріалів PIC. Зліва направо зображено PIC на основі кремнію (також відомий як PLC), ізолятор на основі кремнію (кремнієва фотоніка), ніобат літію (LiNbO3) і PIC групи III-V, такі як InP і GaAs. Ця стаття присвячена фотоніці на основі кремнію. вкремнієва фотоніка, світловий сигнал в основному поширюється в кремнії, який має непряму заборонену зону 1,12 електрон-вольт (з довжиною хвилі 1,1 мкм). Кремній вирощують у формі чистих кристалів у печах, а потім нарізають на пластини, які сьогодні зазвичай мають діаметр 300 мм. Поверхня пластини окислюється з утворенням кремнеземного шару. Одну з пластин бомбардують атомами водню на певну глибину. Потім дві пластини сплавляються у вакуумі, і їхні оксидні шари з’єднуються один з одним. Збірка розривається вздовж лінії імплантації іонів водню. Кремнієвий шар у тріщині потім полірується, зрештою залишаючи тонкий шар кристалічного кремнію поверх непошкодженої кремнієвої пластини «ручка» поверх шару кремнію. З цього тонкого кристалічного шару утворюються хвилеводи. Хоча ці кремнієві ізоляторні пластини (SOI) роблять можливими кремнієві фотонічні хвилеводи з низькими втратами, вони насправді частіше використовуються в малопотужних схемах КМОП через низький струм витоку, який вони забезпечують.
Існує багато можливих форм оптичних хвилеводів на основі кремнію, як показано на малюнку 2. Вони варіюються від мікророзмірних кремнієвих хвилеводів, легованих германієм, до нанорозмірних кремнієвих хвилеводів. Змішуючи германій, можна зробитифотодетекториі електричне поглинаннямодулятори, і, можливо, навіть оптичні підсилювачі. Допуючи кремнієм, аноптичний модуляторможна зробити. Внизу зліва направо розташовані: хвилевід з кремнієвого дроту, хвилевід з нітриду кремнію, хвилевід з оксинітриду кремнію, хвилевід з товстим кремнієвим хребтом, хвилевід з тонкого нітриду кремнію та хвилевід із легованого кремнію. Вгорі зліва направо розташовані модулятори виснаження, германієві фотодетектори та германійоптичні підсилювачі.
Рисунок 2: Поперечний переріз серії оптичних хвилеводів на основі кремнію, що показує типові втрати при розповсюдженні та показники заломлення.
Час публікації: 15 липня 2024 р