Для оптоелектроніки на основі кремнію, кремнієві фотодетектори (фотодетектор SI)

Для оптоелектроніки на основі кремнію, кремнієві фотодетектори

ФотопрофеториПеретворити світлові сигнали в електричні сигнали, і оскільки швидкість передачі даних продовжує вдосконалюватися, високошвидкісні фотодетектори, інтегровані з платформами оптоелектроніки на основі кремнію, стали ключовими для центрів обробки даних нового покоління та телекомунікаційних мереж. Ця стаття надасть огляд розширених високошвидкісних фотодетекторів з акцентом на германій на основі кремнію (GE або Si Photodetector)Силіконові фотодетекториДля інтегрованої технології оптоелектроніки.

Германій - це привабливий матеріал для близького виявлення інфрачервоного світла на кремнієвих платформах, оскільки він сумісний з процесами CMOS і має надзвичайно сильне поглинання на довжинах хвиль телекомунікацій. Найпоширенішою структурою фотодетектора GE/SI є шпильковий діод, в якому внутрішній германій просочений між областями P-типу та N-типу.

Структура пристрою на малюнку 1 показує типовий вертикальний штифт GE абоСІ фотодетекторСтруктура:

Основні особливості включають: германієвий поглинаючий шар, вирощений на кремнієвій підкладці; Використовується для збору контактів P і N носіїв зарядки; Хвилеводне з'єднання для ефективного поглинання світла.

Епітаксіальне зростання: зростання високоякісної германій на кремнію є складним завданням через невідповідність решітки 4,2% між двома матеріалами. Зазвичай використовується двоетапний процес росту: низька температура (300-400 ° C) росту буферного шару та високу температуру (вище 600 ° C) осадження германію. Цей метод допомагає керувати різними дислокаціями, спричиненими невідповідностями решітки. Відпал після зростання при 800-900 ° C додатково зменшує щільність дислокації різьби до приблизно 10^7 см^-2. Характеристики продуктивності: Найсучасніший фотодетектор GE /SI PIN може досягти: чуйність,> 0,8A /W при 1550 нм; Пропускна здатність,> 60 ГГц; Темний струм, <1 мкА при -1 В -зміщення.

Інтеграція з платформами оптоелектроніки на основі кремнію

ІнтеграціяВисокошвидкісні фотодетекториЗа допомогою кремнієвих платформ оптоелектроніки дозволяють вдосконалені оптичні приймачі та взаємозв'язки. Два основні методи інтеграції такі: інтеграція передньої частини (FEOL), де фотодетектор та транзистор одночасно виготовляються на кремнієвій підкладці, що дозволяє проводити високотемпературну обробку, але займається областю мікросхем. Інтеграція заднього кінця (BEOL). Фотографії виготовляються поверх металу, щоб уникнути втручання в CMOS, але обмежуються меншими температурами обробки.

Малюнок 2: Реагування та пропускна здатність високошвидкісного фотодетектора GE/SI

Додаток Центру обробки даних

Високошвидкісні фотодетектори є ключовим компонентом у наступному поколінні взаємозв'язку центру обробки даних. Основні програми включають: оптичні приймачі: 100 г, 400 г та більш високі показники, використовуючи модуляцію PAM-4;Фотограмент високої пропускної здатності(> 50 ГГц) потрібно.

Оптоелектронна інтегрована схема на основі кремнію: монолітна інтеграція детектора з модулятором та іншими компонентами; Компактний, високопродуктивний оптичний двигун.

Розподілена архітектура: оптичний взаємозв'язок між розподіленими обчисленнями, зберіганням та зберіганням; Сприяючи попиту на енергоефективні фотодетектори з високою пропускною здатністю.

Майбутні світогляди

Майбутнє інтегрованих оптоелектронних високошвидкісних фотодетекторів покаже такі тенденції:

Більш високі показники передачі даних: сприяння розвитку 800 г та 1,6T приймачів; Потрібні фотодетектори з пропускною здатністю більше 100 ГГц.

Покращена інтеграція: інтеграція одиничної мікросхеми матеріалу та кремнію III-V; Розширена технологія 3D -інтеграції.

Нові матеріали: вивчення двовимірних матеріалів (таких як графен) для виявлення ультрашвидкісного світла; Новий сплав IV групи для розширеного покриття довжини хвилі.

Нові програми: LIDAR та інші програми зондування сприяють розробці APD; Мікрохвильові фотони, що вимагають фотоприводу високої лінійності.

Високошвидкісні фотодетектори, особливо фотодетектори GE або SI, стали ключовим драйвером оптиконіки на основі кремнію та оптичних комунікацій нового покоління. Постійний прогрес у матеріалах, дизайні пристроїв та технологій інтеграції важливі для задоволення зростаючих вимог пропускної здатності майбутніх центрів обробки даних та телекомунікаційних мереж. По мірі того, як поле продовжує розвиватися, ми можемо розраховувати побачити фотодетектори з більшою пропускною здатністю, нижчим шумом та безшовною інтеграцією з електронними та фотонними ланцюгами.