Kipengele kinachofanya kazi cha fotoniki za silikoni
Vipengele amilifu vya fotoniki hurejelea haswa mwingiliano wa nguvu ulioundwa kimakusudi kati ya mwanga na maada. Sehemu amilifu ya kawaida ya fotoniki ni kidhibiti cha macho. Kinachotegemea siliconi ya sasavidhibiti vya machoyanategemea athari ya plazma ya kubeba huru. Kubadilisha idadi ya elektroni huru na mashimo katika nyenzo ya silikoni kwa kutumia doping, mbinu za umeme au macho kunaweza kubadilisha faharasa yake tata ya kuakisi, mchakato unaoonyeshwa katika milinganyo (1,2) inayopatikana kwa kuweka data kutoka kwa Soref na Bennett kwa urefu wa wimbi la nanomita 1550. Ikilinganishwa na elektroni, mashimo husababisha sehemu kubwa ya mabadiliko halisi na ya kufikirika ya faharasa ya kuakisi, yaani, yanaweza kutoa mabadiliko makubwa ya awamu kwa mabadiliko fulani ya hasara, kwa hivyo katikaVidhibiti vya Mach-Zehnderna vidhibiti vya pete, kwa kawaida hupendelewa kutumia mashimo kutengenezavidhibiti vya awamu.
Mbalimbalikidhibiti cha silicon (Si)Aina zinaonyeshwa kwenye Mchoro 10A. Katika kidhibiti cha sindano ya mtoa huduma, mwanga unapatikana katika silikoni ya ndani ndani ya makutano mapana sana ya pini, na elektroni na mashimo huingizwa. Hata hivyo, vidhibiti hivyo ni polepole, kwa kawaida vikiwa na kipimo data cha 500 MHz, kwa sababu elektroni na mashimo huru huchukua muda mrefu kuungana tena baada ya sindano. Kwa hivyo, muundo huu mara nyingi hutumika kama kidhibiti cha macho kinachobadilika (VOA) badala ya kidhibiti. Katika kidhibiti cha kupungua kwa mtoa huduma, sehemu ya mwanga iko katika makutano nyembamba ya pn, na upana wa kupungua kwa makutano ya pn hubadilishwa na uwanja wa umeme unaotumika. Kidhibiti hiki kinaweza kufanya kazi kwa kasi inayozidi 50Gb/s, lakini kina hasara kubwa ya kuingiza mandharinyuma. Vpil ya kawaida ni 2 V-cm. Kidhibiti cha semiconductor ya oksidi ya chuma (MOS) (hasa semiconductor-oxide-semiconductor) kina safu nyembamba ya oksidi katika makutano ya pn. Inaruhusu mkusanyiko fulani wa kibebaji pamoja na kupungua kwa kibebaji, ikiruhusu VπL ndogo ya takriban 0.2 V-cm, lakini ina hasara ya hasara kubwa za macho na uwezo mkubwa wa uwezo kwa kila urefu wa kitengo. Zaidi ya hayo, kuna vidhibiti vya unyonyaji wa umeme vya SiGe kulingana na mwendo wa ukingo wa bendi ya SiGe (aloi ya silicon Germanium). Zaidi ya hayo, kuna vidhibiti vya graphene vinavyotegemea graphene kubadili kati ya metali zinazofyonza na vihami uwazi. Hizi zinaonyesha utofauti wa matumizi ya mifumo tofauti ili kufikia moduli ya ishara ya macho ya kasi ya juu na hasara ya chini.
Mchoro 10: (A) Mchoro wa sehemu mtambuka wa miundo mbalimbali ya modulator ya macho inayotegemea silikoni na (B) mchoro wa sehemu mtambuka wa miundo ya kigunduzi cha macho.
Vigunduzi kadhaa vya mwanga vinavyotegemea silikoni vinaonyeshwa kwenye Mchoro 10B. Nyenzo inayofyonza ni germanium (Ge). Ge ina uwezo wa kunyonya mwanga kwenye mawimbi hadi takriban mikroni 1.6. Upande wa kushoto ni muundo wa pini uliofanikiwa zaidi kibiashara leo. Unaundwa na silikoni iliyochanganywa aina ya P ambayo Ge hukua. Ge na Si zina ulinganifu wa kimiani wa 4%, na ili kupunguza mtengano, safu nyembamba ya SiGe hupandwa kwanza kama safu ya buffer. Uchanganyaji wa aina ya N hufanywa juu ya safu ya Ge. Photodiode ya metali-semiconductor-metal (MSM) inaonyeshwa katikati, na APD (Kigunduzi cha Picha cha Theluji) imeonyeshwa upande wa kulia. Eneo la maporomoko ya theluji katika APD liko katika Si, ambalo lina sifa za chini za kelele ikilinganishwa na eneo la maporomoko ya theluji katika nyenzo za msingi za Kundi la III-V.
Kwa sasa, hakuna suluhisho zenye faida dhahiri katika kuunganisha faida ya macho na fotoniki za silikoni. Mchoro 11 unaonyesha chaguo kadhaa zinazowezekana zilizopangwa kwa kiwango cha mkusanyiko. Upande wa kushoto kabisa kuna miunganisho ya monolithic ambayo inajumuisha matumizi ya germanium (Ge) iliyokuzwa epitaxially kama nyenzo ya kupata faida ya macho, miongozo ya mawimbi ya glasi iliyo na erbium (Er) (kama vile Al2O3, ambayo inahitaji kusukuma kwa macho), na nukta za quantum za gallium arsenide (GaAs) zilizokuzwa epitaxially. Safu inayofuata ni mkusanyiko wa wafer hadi wafer, unaohusisha oksidi na uunganishaji wa kikaboni katika eneo la faida ya kundi la III-V. Safu inayofuata ni mkusanyiko wa chip-to-wafer, ambao unahusisha kupachika chipu ya kundi la III-V kwenye patupu ya wafer ya silikoni na kisha kutengeneza muundo wa mwongozo wa wimbi. Faida ya mbinu hii ya kwanza ya safu tatu ni kwamba kifaa kinaweza kujaribiwa kikamilifu ndani ya wafer kabla ya kukata. Safu ya kulia zaidi ni mkusanyiko wa chip-to-chip, ikiwa ni pamoja na uunganishaji wa moja kwa moja wa chips za silikoni na chips za kundi la III-V, pamoja na uunganishaji kupitia lenzi na viunganishi vya grating. Mwelekeo kuelekea matumizi ya kibiashara unabadilika kutoka kulia hadi kushoto mwa chati kuelekea suluhisho zilizounganishwa zaidi na zilizounganishwa.
Mchoro 11: Jinsi faida ya macho inavyounganishwa katika fotoniki zinazotegemea silikoni. Unaposogea kutoka kushoto kwenda kulia, sehemu ya kuingiza ya utengenezaji inarudi polepole katika mchakato.
Muda wa chapisho: Julai-22-2024