องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ของ Silicon Photonics
ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของ Photonics อ้างถึงการโต้ตอบแบบไดนามิกที่ออกแบบมาโดยเจตนาระหว่างแสงและสสารโดยเฉพาะ ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ทั่วไปของโฟโตนิกส์เป็นโมดูเลเตอร์ออปติคัล ซิลิคอนปัจจุบันทั้งหมดตัวปรับแสงขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ผู้ให้บริการฟรีพลาสมา การเปลี่ยนจำนวนอิเล็กตรอนและรูฟรีในวัสดุซิลิกอนโดยการเติมสารไฟฟ้าหรือวิธีการทางแสงสามารถเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงที่ซับซ้อนกระบวนการที่แสดงในสมการ (1,2) ที่ได้จากข้อมูลที่เหมาะสมจาก Soref และ Bennett ที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร เมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนหลุมทำให้สัดส่วนของการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของจริงและจินตนาการมากขึ้นนั่นคือพวกเขาสามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ใหญ่ขึ้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงการสูญเสียที่กำหนดดังนั้นในMach-Zehnder Modulatorsและตัวปรับแหวนมักจะเป็นที่ต้องการใช้หลุมที่จะทำตัวดัดแปลงเฟส.
หลากหลายโมดูเลเตอร์ซิลิคอน (SI)ประเภทจะแสดงในรูปที่ 10a ในตัวดัดแปลงการฉีดผู้ให้บริการแสงตั้งอยู่ในซิลิคอนภายในภายในทางแยกพินที่กว้างมากและอิเล็กตรอนและรูถูกฉีด อย่างไรก็ตามโมดูเลเตอร์ดังกล่าวจะช้าลงโดยทั่วไปจะมีแบนด์วิดท์ 500 MHz เนื่องจากอิเล็กตรอนฟรีและหลุมใช้เวลานานกว่าในการรวมตัวกันอีกครั้งหลังจากฉีด ดังนั้นโครงสร้างนี้มักจะใช้เป็นตัวแปรออพติคอลตัวแปร (VOA) แทนที่จะเป็นโมดูเลเตอร์ ในโมดูเลเตอร์การพร่องของผู้ให้บริการส่วนแสงจะอยู่ในทางแยก PN แคบและความกว้างการพร่องของทางแยก PN จะเปลี่ยนไปโดยสนามไฟฟ้าที่ใช้ โมดูเลเตอร์นี้สามารถทำงานที่ความเร็วเกิน 50GB/s แต่มีการสูญเสียการแทรกพื้นหลังสูง VPIL ทั่วไปคือ 2 V-CM เครื่องมอดูเลเตอร์ออกไซด์ออกไซด์ (MOS) (จริง ๆ แล้วเซมิคอนดักเตอร์-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) มีชั้นออกไซด์บาง ๆ ในทางแยก PN ช่วยให้การสะสมของผู้ให้บริการบางอย่างรวมถึงการสูญเสียของผู้ให้บริการช่วยให้VπLขนาดเล็กกว่า 0.2 V-CM แต่มีข้อเสียของการสูญเสียแสงที่สูงขึ้นและความจุที่สูงขึ้นต่อความยาวหน่วย นอกจากนี้ยังมีตัวปรับการดูดกลืนไฟฟ้า SIGE ตามการเคลื่อนไหวของแถบขอบ SIGE (โลหะผสมซิลิคอนเจอร์เมเนียม) นอกจากนี้ยังมีตัวดัดแปลงกราฟีนที่พึ่งพากราฟีนเพื่อสลับระหว่างการดูดซับโลหะและฉนวนกันความโปร่งใส สิ่งเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายของการใช้งานของกลไกที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้การปรับสัญญาณแสงความเร็วสูงและความเร็วต่ำ
รูปที่ 10: (a) ไดอะแกรมตัดขวางของการออกแบบออพติคอลแบบออพติคอลที่ใช้ซิลิกอนและ (b) ไดอะแกรมตัดขวางของการออกแบบเครื่องตรวจจับแสง
เครื่องตรวจจับแสงที่ใช้ซิลิกอนหลายตัวแสดงในรูปที่ 10B วัสดุดูดซับคือเจอร์เมเนียม (GE) GE สามารถดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นลงไปที่ประมาณ 1.6 ไมครอน การแสดงทางด้านซ้ายเป็นโครงสร้างพินที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์มากที่สุดในปัจจุบัน มันประกอบด้วยซิลิคอนเจือเจียนชนิด P ที่ GE เติบโตขึ้น GE และ SI มีความไม่ตรงกันของตาข่าย 4% และเพื่อลดความคลาดเคลื่อนให้น้อยที่สุดชั้นบาง ๆ ของ SIGE จะถูกปลูกเป็นครั้งแรกเป็นชั้นบัฟเฟอร์ ยาสลบ N-type จะดำเนินการที่ด้านบนของชั้น GE โฟโตไดโอดโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์โลหะ (MSM) จะแสดงอยู่ตรงกลางและ APD (Avalanche PhotoDetector) จะแสดงทางด้านขวา ภูมิภาคหิมะถล่มใน APD ตั้งอยู่ใน SI ซึ่งมีลักษณะเสียงรบกวนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับภูมิภาคหิมะถล่มในวัสดุองค์ประกอบกลุ่ม III-V
ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในการบูรณาการรับแสงเข้ากับโฟโตนิกซิลิกอน รูปที่ 11 แสดงตัวเลือกที่เป็นไปได้หลายตัวที่จัดโดยระดับการประกอบ ทางด้านซ้ายสุดคือการบูรณาการเสาหินซึ่งรวมถึงการใช้งานของ Germanium (GE) ที่ปลูกแบบ epitaxially เป็นวัสดุที่ได้รับออปติคัล, Erbium-doped (ER) ท่อนำคลื่นแก้ว (เช่น Al2O3 ซึ่งต้องใช้การสูบแบบออพติคอล) คอลัมน์ถัดไปคือเวเฟอร์ในการประกอบเวเฟอร์ที่เกี่ยวข้องกับออกไซด์และพันธะอินทรีย์ในภูมิภาคที่ได้รับกลุ่ม III-V คอลัมน์ถัดไปคือการประกอบชิปกับวอเตอร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการฝังชิปกลุ่ม III-V ลงในโพรงของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนแล้วตัดแต่งโครงสร้างท่อนำคลื่น ข้อได้เปรียบของวิธีการคอลัมน์สามคอลัมน์แรกนี้คืออุปกรณ์สามารถทดสอบได้อย่างสมบูรณ์ภายในเวเฟอร์ก่อนตัด คอลัมน์ที่ถูกต้องที่สุดคือชุดประกอบชิปไปชิปรวมถึงการมีเพศสัมพันธ์โดยตรงของชิปซิลิกอนไปยังชิปกลุ่ม III-V รวมถึงการมีเพศสัมพันธ์ผ่านเลนส์และข้อต่อตะแกรง แนวโน้มไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์กำลังเคลื่อนที่จากด้านขวาไปทางด้านซ้ายของแผนภูมิไปสู่โซลูชันแบบบูรณาการและบูรณาการมากขึ้น
รูปที่ 11: วิธีการเพิ่มแสงแบบออพติคอลเข้ากับโฟโตนิกที่ใช้ซิลิคอน ในขณะที่คุณย้ายจากซ้ายไปขวาจุดแทรกการผลิตจะค่อยๆเคลื่อนกลับในกระบวนการ
เวลาโพสต์: ก.ค. 22-2024