Активний елемент кремнію

Активний елемент кремнію

Активні компоненти фотоніки стосуються спеціально до навмисно розроблених динамічних взаємодій між світлом і речовиною. Типовим активним компонентом фотоніки є оптичний модулятор. Всі поточні кремніюОптичні модуляторибазуються на ефекті безлішного носія в плазмі. Зміна кількості вільних електронів та отворів у кремнієвому матеріалі шляхом допінгу, електричними або оптичними методами може змінити свій складний показник заломлення, процес, показаний у рівняннях (1,2), отриманий шляхом встановлення даних від Soref та Bennett на довжині хвилі 1550 нанометрів. Порівняно з електронами, отвори викликають більшу частку реальних та уявних змін індексу заломлення, тобто вони можуть спричинити більшу зміну фази для заданої зміни втрат, тому вМодулятори Mach-Zehnderі кільцеві модулятори, як правило, бажано використовувати отвори для виготовленняфазові модулятори.

РізніМодулятор кремнію (SI)Типи показані на малюнку 10a. У модуляторі впорскування носія світло розташоване у внутрішньому кремнію в дуже широкому штифтному переході, а електрони та отвори вводяться. Однак такі модулятори повільніші, як правило, з пропускною здатністю 500 МГц, оскільки вільні електрони та отвори потребують більше часу, щоб рекомбінувати після введення. Тому ця структура часто використовується як змінний оптичний аттенюатор (VOA), а не модулятор. У модуляторі виснаження носія світла частина розташована у вузькому стику PN, а ширина виснаження переходу PN змінюється нанесеним електричним полем. Цей модулятор може працювати зі швидкістю, що перевищує 50 Гб/с, але має високу втрату фону. Типовий VPIL-2 V-CM. Напівпровідник з оксиду металу (MOS) (фактично напівпровіднико-оксид-семікупровідниковий) модулятор містить тонкий оксидний шар у переході PN. Це дозволяє накопичити дещо накопичувач, а також виснаження носія, що дозволяє менший VπL приблизно 0,2 В-СМ, але має недолік більш високих оптичних втрат і більш високу ємність на одиницю довжини. Крім того, існують SIGE електричні модулятори поглинання на основі руху краю смуги SIGE (Silicon Germanium). Крім того, є графенові модулятори, які покладаються на графен для перемикання між поглинанням металів та прозорими ізоляторами. Вони демонструють різноманітність застосувань різних механізмів для досягнення високошвидкісної модуляції оптичного сигналу з низьким рівнем втрати.

Малюнок 10: (a) Поперечна діаграма різних конструкцій оптичного модулятора на основі кремнію та (b) поперечна діаграма оптичних конструкцій детектора.

На малюнку 10b показано кілька детекторів світла на основі кремнію. Поглинальний матеріал - германій (GE). GE здатний поглинати світло на довжині хвилі до приблизно 1,6 мкм. Показано зліва є найбільш комерційно успішною структурою PIN сьогодні. Він складається з легованого кремнію P-типу, на який росте GE. GE та SI мають 4% невідповідності решітки, і для мінімізації дислокації тонкий шар Sige вперше вирощується як буферний шар. Допінг N-типу виконується у верхній частині шару GE. Фотодіод металевопровідництва (MSM) показаний посередині, а APD (фотодетектор лавини) показано праворуч. Область лавин в APD розташована в SI, яка має нижчі характеристики шуму порівняно з лавинною областю в елементарних матеріалах III-V групи.

В даний час не існує рішень з очевидними перевагами в інтеграції оптичного посилення за допомогою кремнієвої фотоніки. На малюнку 11 показано кілька можливих варіантів, організованих за рівнем складання. У лівій частині ліворуч-монолітні інтеграції, які включають використання епітаксіально вирощеного германію (GE) як оптичного матеріалу посилення, ERBIUM-DOPED (ER) скляних хвилеводів (таких як Al2O3, який вимагає оптичного перекачування) та епітаксіально вирощеними арсенідом (GAAS) квантом. Наступна колонка-це вафельна пластинка, що включає оксид та органічне зв'язок у області посилення групи III-V. Наступним стовпцем є складання мікросхеми, що передбачає вбудовування групи III-V в порожнину пластину кремнію, а потім обробку структури хвилеводу. Перевага цього першого підходу з трьох стовпців полягає в тому, що пристрій може бути повністю функціональний тестування всередині вафлі перед різанням. Найбільш права колонка-це складання чіп-чіпу, включаючи пряме з'єднання кремнієвих мікросхем до групової мікросхем III-V, а також з'єднання за допомогою об'єктива та зчеплення решітки. Тенденція до комерційних додатків рухається з правого в ліву частину діаграми до більш інтегрованих та інтегрованих рішень.

Малюнок 11: Як оптичний посилення інтегрується в фотоніку на основі кремнію. Коли ви рухаєтесь зліва направо, точка вставки виробництва поступово рухається назад у процесі.