Kwa optoelectronics ya msingi wa silicon, picha za silicon (SI Photodetector)

Kwa optoelectronics ya msingi wa silicon, picha za silicon

PhotodetectorsBadilisha ishara nyepesi kuwa ishara za umeme, na kadiri viwango vya uhamishaji wa data vinaendelea kuboresha, picha za kasi kubwa zilizojumuishwa na majukwaa ya optoelectronics ya silicon yamekuwa ufunguo wa vituo vya data vya kizazi kijacho na mitandao ya mawasiliano. Nakala hii itatoa muhtasari wa picha za hali ya juu za kasi kubwa, kwa msisitizo juu ya germanium ya msingi wa silicon (GE au Si Photodetector)Photodetectors za SiliconKwa teknolojia ya pamoja ya optoelectronics.

Germanium ni nyenzo ya kuvutia kwa ugunduzi wa taa za karibu kwenye majukwaa ya silicon kwa sababu inaambatana na michakato ya CMOS na ina kunyonya kwa nguvu sana kwenye miinuko ya mawasiliano ya simu. Muundo wa kawaida wa GE/Si Photodetector ni diode ya pini, ambayo germanium ya ndani imepambwa kati ya mikoa ya aina ya P na N-aina.

Muundo wa Kifaa Mchoro 1 unaonyesha pini ya kawaida ya wima auSI PhotodetectorMuundo:

Vipengele kuu ni pamoja na: safu ya kunyonya ya germanium iliyopandwa kwenye substrate ya silicon; Kutumika kukusanya mawasiliano ya P na N ya wabebaji wa malipo; Kuunganisha kwa wimbi kwa kunyonya kwa taa nzuri.

Ukuaji wa Epitaxial: Kukua kwa kiwango cha juu cha ujerumani kwenye silicon ni changamoto kwa sababu ya upungufu wa kimiani ya 4.2% kati ya vifaa viwili. Mchakato wa ukuaji wa hatua mbili kawaida hutumiwa: joto la chini (300-400 ° C) ukuaji wa safu ya buffer na joto la juu (juu ya 600 ° C) kuwekwa kwa germanium. Njia hii husaidia kudhibiti kutengana kwa nyuzi zinazosababishwa na mismatches za kimiani. Ukuaji wa baada ya ukuaji wa 800-900 ° C zaidi hupunguza wiani wa kutengana kwa nyuzi hadi 10^7 cm^-2. Tabia za utendaji: Photodetector ya juu zaidi ya GE /SI inaweza kufikia: mwitikio,> 0.8a /w kwa 1550 nm; Bandwidth,> 60 GHz; Giza la sasa, <1 μA saa -1 v upendeleo.

Ushirikiano na majukwaa ya optoelectronics ya msingi wa silicon

Ujumuishaji waPhotodetectors za kasi kubwaNa majukwaa ya optoelectronics ya msingi wa silicon huwezesha transceivers ya macho ya juu na miingiliano. Njia mbili kuu za ujumuishaji ni kama ifuatavyo: Ujumuishaji wa mbele-mwisho (FEOL), ambapo Photodetector na transistor hutengenezwa wakati huo huo kwenye sehemu ndogo ya silicon inayoruhusu usindikaji wa joto la juu, lakini kuchukua eneo la chip. Ujumuishaji wa mwisho wa nyuma (BEOL). Photodetectors zinatengenezwa juu ya chuma ili kuzuia kuingiliwa na CMO, lakini ni mdogo kwa joto la chini la usindikaji.

Kielelezo cha 2: Usikivu na bandwidth ya picha ya juu ya GE/Si Photodetector

Maombi ya Kituo cha Takwimu

Picha za kasi kubwa ni sehemu muhimu katika kizazi kijacho cha unganisho la kituo cha data. Maombi kuu ni pamoja na: transceivers ya macho: 100g, 400g na viwango vya juu, kwa kutumia moduli ya PAM-4; APhotodetector ya juu ya bandwidth(> 50 GHz) inahitajika.

Mzunguko wa Jumuishi wa Optoelectronic uliowekwa Silicon: Ujumuishaji wa Monolithic wa Detector na Modulator na Vipengele vingine; Injini ya macho ya juu, ya utendaji wa juu.

Usanifu uliosambazwa: Uunganisho wa macho kati ya kompyuta iliyosambazwa, uhifadhi, na uhifadhi; Kuendesha mahitaji ya nishati yenye ufanisi, picha za juu-bandwidth.

Mtazamo wa baadaye

Mustakabali wa picha za pamoja za optoelectronic zilizo na kasi kubwa zitaonyesha mwenendo ufuatao:

Viwango vya juu vya data: Kuendesha maendeleo ya transceivers 800g na 1.6T; Photodetectors na bandwidths kubwa kuliko 100 GHz inahitajika.

Ujumuishaji ulioboreshwa: Ujumuishaji wa chip moja ya nyenzo za III-V na silicon; Teknolojia ya Ujumuishaji wa 3D ya hali ya juu.

Vifaa vipya: Kuchunguza vifaa vya pande mbili (kama graphene) kwa ugunduzi wa taa ya juu; Aloi mpya ya kikundi cha IV cha chanjo ya wimbi la kupanuliwa.

Maombi yanayoibuka: LiDAR na matumizi mengine ya kuhisi yanaendesha maendeleo ya APD; Maombi ya Photon ya Microwave inayohitaji picha za juu za upigaji picha.

Picha za kasi kubwa, haswa picha za GE au Si, zimekuwa dereva muhimu wa optoelectronics ya msingi wa silicon na mawasiliano ya kizazi kijacho. Maendeleo yanayoendelea katika vifaa, muundo wa kifaa, na teknolojia za ujumuishaji ni muhimu kukidhi mahitaji ya bandwidth inayokua ya vituo vya data vya baadaye na mitandao ya mawasiliano. Wakati uwanja unaendelea kufuka, tunaweza kutarajia kuona picha za picha zilizo na bandwidth ya juu, kelele za chini, na ujumuishaji usio na mshono na mizunguko ya elektroniki na ya picha.