Kwa vifaa vya optoelectronics vinavyotumia silicon, vifaa vya kugundua picha vya silicon (Si photodetector)

Kwa vifaa vya optoelectronics vinavyotumia silicon, vifaa vya kugundua picha vya silicon

Vigunduzi vya pichahubadilisha mawimbi ya mwanga kuwa mawimbi ya umeme, na kadri viwango vya uhamishaji data vinavyoendelea kuimarika, vigunduzi vya picha vya kasi ya juu vilivyounganishwa na majukwaa ya optoelectronics yanayotegemea silicon vimekuwa muhimu kwa vituo vya data vya kizazi kijacho na mitandao ya mawasiliano ya simu. Makala haya yatatoa muhtasari wa vigunduzi vya picha vya kasi ya juu, kwa msisitizo kwenye germanium inayotegemea silicon (Ge au Si photodetector)vigunduzi vya picha vya silikonikwa teknolojia jumuishi ya optoelectronics.

Germanium ni nyenzo inayovutia kwa ugunduzi wa mwanga wa karibu na infrared kwenye majukwaa ya silicon kwa sababu inaendana na michakato ya CMOS na ina unyonyaji mkubwa sana kwenye mawimbi ya mawasiliano. Muundo wa kawaida wa kigunduzi cha picha cha Ge/Si ni diode ya pini, ambapo germanium ya ndani imewekwa kati ya maeneo ya aina ya P na aina ya N.

Muundo wa kifaa Mchoro 1 unaonyesha pini ya kawaida ya wima Ge auKigunduzi cha pichamuundo:

Sifa kuu ni pamoja na: safu ya kunyonya germanium inayopandwa kwenye substrate ya silicon; Hutumika kukusanya miguso ya p na n ya wabebaji wa chaji; Kiunganishi cha mwongozo wa mawimbi kwa ajili ya unyonyaji mzuri wa mwanga.

Ukuaji wa Epitaxial: Kukuza germanium ya ubora wa juu kwenye silicon ni changamoto kutokana na kutolingana kwa kimiani kwa 4.2% kati ya vifaa hivyo viwili. Mchakato wa ukuaji wa hatua mbili kwa kawaida hutumiwa: ukuaji wa tabaka la bafa la halijoto ya chini (300-400°C) na uwekaji wa germanium wa hali ya juu (zaidi ya 600°C). Njia hii husaidia kudhibiti kutengana kwa nyuzi zinazosababishwa na kutolingana kwa kimiani. Kuunganisha baada ya ukuaji kwa 800-900°C hupunguza zaidi msongamano wa kutengana kwa nyuzi hadi takriban 10^7 cm^-2. Sifa za utendaji: Kigunduzi cha PIN cha Ge/Si cha hali ya juu zaidi kinaweza kufikia: mwitikio, > 0.8A /W kwa 1550 nm; Upana wa kipimo data,>60 GHz; Mkondo mweusi, <1 μA kwa upendeleo wa -1 V.

Ushirikiano na majukwaa ya optoelectronics yanayotegemea silicon

Ujumuishaji wavigunduzi vya picha vya kasi ya juuKwa kutumia majukwaa ya optoelectronics yanayotegemea silikoni, huwezesha transceivers za hali ya juu za macho na miunganisho. Mbinu mbili kuu za ujumuishaji ni kama ifuatavyo: Ujumuishaji wa sehemu ya mbele (FEOL), ambapo kigunduzi foto na transistor hutengenezwa kwa wakati mmoja kwenye sehemu ya chini ya silikoni inayoruhusu usindikaji wa halijoto ya juu, lakini huchukua eneo la chipu. Ujumuishaji wa sehemu ya nyuma (BEOL). Vigunduzi foto hutengenezwa juu ya chuma ili kuepuka kuingiliwa na CMOS, lakini hupunguzwa kwa halijoto ya chini ya usindikaji.

Mchoro 2: Mwitikio na kipimo data cha kigunduzi cha foto cha Ge/Si chenye kasi ya juu

Programu ya kituo cha data

Vigunduzi vya picha vya kasi ya juu ni sehemu muhimu katika kizazi kijacho cha muunganisho wa vituo vya data. Matumizi makuu ni pamoja na: vipitishi vya macho: 100G, 400G na viwango vya juu zaidi, kwa kutumia moduli ya PAM-4;kigunduzi cha picha cha kipimo data cha juu(>50 GHz) inahitajika.

Saketi jumuishi ya optoelectronic inayotegemea silicon: muunganisho wa monolithic wa kigunduzi na modulator na vipengele vingine; Injini ndogo ya macho yenye utendaji wa hali ya juu.

Usanifu uliosambazwa: muunganisho wa macho kati ya kompyuta iliyosambazwa, hifadhi, na hifadhi; Kuendesha mahitaji ya vigunduzi vya picha vyenye ufanisi wa nishati na upana wa kipimo data.

Mtazamo wa siku zijazo

Mustakabali wa vigunduzi vya picha vya kasi ya juu vya optoelectronic vilivyojumuishwa utaonyesha mitindo ifuatayo:

Viwango vya juu vya data: Kuendesha maendeleo ya vipitishi vya 800G na 1.6T; Vigunduzi vya picha vyenye kipimo data zaidi ya 100 GHz vinahitajika.

Ujumuishaji ulioboreshwa: Ujumuishaji wa chipu moja ya nyenzo za III-V na silikoni; Teknolojia ya hali ya juu ya ujumuishaji wa 3D.

Nyenzo mpya: Kuchunguza nyenzo zenye pande mbili (kama vile graphene) kwa ajili ya kugundua mwangaza wa kasi ya juu; Aloi mpya ya Kundi la IV kwa ajili ya kufunika urefu wa mawimbi.

Programu zinazoibuka: LiDAR na programu zingine za kuhisi zinaendesha maendeleo ya APD; Programu za fotoni za maikrowevu zinazohitaji vigunduzi vya picha vya mstari wa juu.

Vigunduzi vya picha vya kasi ya juu, hasa vigunduzi vya picha vya Ge au Si, vimekuwa kichocheo muhimu cha optoelectronics zinazotegemea silikoni na mawasiliano ya macho ya kizazi kijacho. Maendeleo endelevu katika vifaa, muundo wa vifaa, na teknolojia za ujumuishaji ni muhimu ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya kipimo data cha vituo vya data na mitandao ya mawasiliano ya simu ya siku zijazo. Kadri uwanja unavyoendelea kubadilika, tunaweza kutarajia kuona vigunduzi vya picha vyenye kipimo data cha juu, kelele ya chini, na muunganisho usio na mshono na saketi za kielektroniki na fotoniki.