Fotonysk yntegreare sirkwy (PIC) materiaalsysteem

Fotonysk yntegreare sirkwy (PIC) materiaalsysteem

Silisiumfotonika is in dissipline dy't planêre struktueren brûkt basearre op silisiummaterialen om ljocht te rjochtsjen om in ferskaat oan funksjes te berikken. Wy rjochtsje ús hjir op 'e tapassing fan silisiumfotonika by it meitsjen fan stjoerders en ûntfangers foar glêstriedkommunikaasje. Mei de needsaak om mear oerdracht ta te foegjen by in bepaalde bânbreedte, in bepaalde foetôfdruk en in bepaalde kosten tanimt, wurdt silisiumfotonika ekonomysk sûner. Foar it optyske diel,fotonyske yntegraasjetechnologymoat brûkt wurde, en de measte koherinte transceivers wurde hjoed de dei boud mei aparte LiNbO3/planêre ljochtweachsirkwy (PLC)-modulatoren en InP/PLC-ûntfangers.

Figuer 1: Toant faak brûkte fotonyske yntegreare sirkwy (PIC) materiaalsystemen.

Figuer 1 lit de populêrste PIC-materiaalsystemen sjen. Fan lofts nei rjochts binne silisium-basearre silika PIC (ek wol bekend as PLC), silisium-basearre isolator PIC (silisiumfotonika), lithiumniobaat (LiNbO3), en III-V groep PIC, lykas InP en GaAs. Dit artikel rjochtet him op silisium-basearre fotonika. Ynsilisium fotonika, it ljochtsignaal reizget benammen yn silisium, dat in yndirekte bandgap hat fan 1,12 elektronvolt (mei in golflingte fan 1,1 mikron). Silisium wurdt groeid yn 'e foarm fan suvere kristallen yn ovens en dan snien yn wafers, dy't hjoed de dei typysk 300 mm yn diameter binne. It waferoerflak wurdt oksidearre om in silikalaach te foarmjen. Ien fan 'e wafers wurdt bombardearre mei wetterstofatomen oant in bepaalde djipte. De twa wafers wurde dan yn in fakuüm fusearre en har oksidelagen ferbine mei elkoar. De gearstalling brekt lâns de wetterstofionymplantaasjeline. De silisiumlaach by de barst wurdt dan gepolijst, wêrtroch úteinlik in tinne laach kristallijn Si oerbliuwt boppe op 'e yntakte silisium "handgreep" wafer boppe op 'e silikalaach. Golflieders wurde foarme út dizze tinne kristallijne laach. Wylst dizze op silisium basearre isolator (SOI) wafers leech-ferlies silisium fotonika golflieders mooglik meitsje, wurde se eins faker brûkt yn leech-enerzjy CMOS-circuits fanwegen de lege lekstroom dy't se leverje.

Der binne in soad mooglike foarmen fan optyske golflieders op basis fan silisium, lykas te sjen is yn figuer 2. Se fariearje fan mikroskaal germanium-dopearre silisiumgolflieders oant nanoskaal Silisium Tried-golflieders. Troch germanium te mingen is it mooglik om te meitsjenfotodetektorsen elektryske absorpsjemodulatoren, en mooglik sels optyske fersterkers. Troch silisium te dopearjen, inoptyske modulatorkinne makke wurde. De ûnderkant fan lofts nei rjochts binne: silisiumtriedgolflieder, silisiumnitridegolflieder, silisiumoksynitridegolflieder, dikke silisiumrânegolflieder, tinne silisiumnitridegolflieder en dopearre silisiumgolflieder. Boppe, fan lofts nei rjochts, binne útputtingsmodulatoren, germaniumfotodetektors en germaniumoptyske fersterkers.

Figuer 2: Dwarsdoorsnede fan in optyske golfliedersearje op basis fan silisium, dy't typyske fuortplantingsferliezen en brekingsyndeksen sjen lit.