Sistem materialov fotonskih integriranih vezij (PIC)
Silicijeva fotonika je disciplina, ki uporablja planarne strukture na osnovi silicijevih materialov za usmerjanje svetlobe za doseganje različnih funkcij. Tukaj se osredotočamo na uporabo silicijeve fotonike pri ustvarjanju oddajnikov in sprejemnikov za komunikacijo z optičnimi vlakni. Ko se potreba po povečanju prenosa pri dani pasovni širini, dani površini in danih stroških povečuje, postaja silicijeva fotonika ekonomsko bolj upravičena. Kar zadeva optični del,tehnologija fotonske integracijeje treba uporabiti, večina koherentnih oddajnikov-sprejemnikov pa je danes zgrajenih z uporabo ločenih modulatorjev LiNbO3/PLC (planar Light-Wave Circuit) in sprejemnikov InP/PLC.
Slika 1: Prikazuje pogosto uporabljene sisteme materialov fotonskih integriranih vezij (PIC).
Slika 1 prikazuje najbolj priljubljene sisteme materialov PIC. Od leve proti desni so silicijev silicijev PIC (znan tudi kot PLC), silicijev izolatorski PIC (silicijeva fotonika), litijev niobat (LiNbO3) in PIC III-V skupine, kot sta InP in GaAs. Ta članek se osredotoča na fotoniko na osnovi silicija.silicijeva fotonikaSvetlobni signal potuje predvsem v siliciju, ki ima indirektno pasovno vrzel 1,12 elektronvolta (z valovno dolžino 1,1 mikrona). Silicij se goji v obliki čistih kristalov v pečeh in nato razreže na rezine, ki imajo danes običajno premer 300 mm. Površina rezine se oksidira, da se tvori plast silicijevega dioksida. Ena od rezin se bombardira z atomi vodika do določene globine. Obe rezini se nato zlijeta v vakuumu in njuni oksidni plasti se med seboj povežeta. Sklop se zlomi vzdolž linije implantacije vodikovih ionov. Silicijeva plast na mestu razpoke se nato polira, tako da na vrhu nepoškodovane silicijeve rezine z "ročajem" ostane tanka plast kristalnega silicija. Iz te tanke kristalne plasti se oblikujejo valovodi. Čeprav te rezine izolatorjev (SOI) na osnovi silicija omogočajo izdelavo silicijevih fotonskih valovodov z nizkimi izgubami, se zaradi nizkega uhajalnega toka, ki ga zagotavljajo, pogosteje uporabljajo v CMOS vezjih z nizko porabo energije.
Obstaja veliko možnih oblik optičnih valovodov na osnovi silicija, kot je prikazano na sliki 2. Segajo od mikroskopskih silicijevih valovodov, dopiranih z germanijem, do nanometrskih silicijevih žicnih valovodov. Z mešanjem germanija je mogoče izdelatifotodetektorjiin električna absorpcijamodulatorjiin morda celo optične ojačevalnike. Z dopiranjem silicija,optični modulatorje mogoče izdelati. Spodaj od leve proti desni so: valovod iz silicijeve žice, valovod iz silicijevega nitrida, valovod iz silicijevega oksinitrida, valovod iz debelega silicijevega grebena, valovod iz silicijevega nitrida in valovod z dopiranim silicijem. Zgoraj, od leve proti desni, so modulatorji osiromašenja, germanijevi fotodetektorji in germanij.optični ojačevalniki.
Slika 2: Prečni prerez serije optičnih valovodov na osnovi silicija, ki prikazuje tipične izgube zaradi širjenja in lomne količnike.
Čas objave: 15. julij 2024