Za silicijevo optoelektroniko, silicijevi fotodetektorji
FotodetektorjiPretvori svetlobne signale v električne signale in ko se hitrosti prenosa podatkov še naprej izboljšujejo, so fotodetektorji, ki so integrirani s silicijevimi platformami Optoelectronics, ki so povezani s silikonskimi, postanejo ključni za podatkovne centre nove generacije in telekomunikacijska omrežja. Ta članek bo predložil pregled naprednih hitrih fotodetektorjev s poudarkom na silicijevem germaniju (GE ali SI fotodetektor)Silicijevi fotodetektorjiza integrirano tehnologijo Optoelectronics.
Germanium je privlačen material za skoraj infrardečo odkrivanje svetlobe na silicijevih platformah, saj je združljiv s procesi CMOS in ima izjemno močno absorpcijo pri telekomunikacijskih valovnih dolžinah. Najpogostejša struktura fotodetektorja GE/SI je dioda PIN, v kateri je notranje germanium zasut med regijami P-tipa P in N.
Struktura naprave Slika 1 prikazuje tipičen navpični pin GE ozSI fotodetektorstruktura:
Glavne značilnosti vključujejo: nemško absorbiranje plasti, gojene na silicijevi podlagi; Uporablja za zbiranje P in N stikov nosilcev naboja; Valovodna sklopka za učinkovito absorpcijo svetlobe.
Epitaksialna rast: Rastoči visokokakovosten germanij na siliciju je izziv zaradi 4,2 -odstotne rešetke med obema materialima. Običajno se uporablja dvostopenjski proces rasti: nizka temperatura (300-400 ° C) rast pufra in visoka temperatura (nad 600 ° C) odlaganja germanija. Ta metoda pomaga pri nadzoru dislokacij nihanja, ki jih povzročajo rešetke. Žrečenje po rasti pri 800-900 ° C nadalje zmanjša gostoto dislokacije navoja na približno 10^7 cm^-2. Značilnosti uspešnosti: najnaprednejši fotodetektor GE /SI PIN lahko doseže: odzivnost,> 0,8a /w pri 1550 nm; Pasovna širina,> 60 GHz; Temen tok, <1 μA pri pristranskosti -1 V.
Integracija s silicijskimi platformami Optoelectronics
IntegracijaFotodetektorji visoke hitrostiS platformami Optoelectronics na osnovi silicija omogočajo napredne optične oddajnike in medsebojne povezave. Dve glavni metodi integracije sta naslednji: integracija sprednjega dela (FEOL), kjer se fotodetektor in tranzistor hkrati izdelujeta na silicijevem substratu, ki omogoča visokotemperaturno obdelavo, vendar zavzemate območje čipov. Integracija zadnjega dela (beol). Fotodetektorji so izdelani na vrhu kovine, da se izognejo motenju v CMO, vendar so omejeni na nižje temperature obdelave.
Slika 2: Odzivnost in pasovna širina hitrega fotodetektorja GE/SI
Aplikacija podatkovnega centra
Fotodetektorji visoke hitrosti so ključni sestavni del naslednje generacije medsebojne povezanosti podatkovnega centra. Glavne aplikacije vključujejo: optične oddajnike: 100G, 400g in višje stopnje z uporabo modulacije PAM-4; AFotodetektor visoke pasovne širine(> 50 GHz) je potrebno.
Optoelektronski integrirani vezje na osnovi silicija: monolitna integracija detektorja z modulatorjem in drugimi komponentami; Kompakten, visoko zmogljiv optični motor.
Razdeljena arhitektura: optična medsebojna povezava med porazdeljenim računalništvom, shranjevanjem in shranjevanjem; Poganja povpraševanje po energetsko učinkovitih fotodetektorjih z visoko pasovno širino.
Prihodnji obeti
Prihodnost integriranih optoelektronskih hitrih fotodetektorjev bo prikazala naslednje trende:
Višja stopnja podatkov: vožnja z razvojem 800 g in 1,6T oddajnikov; Potrebni so fotodetektorji s pasovnimi širinami, večjimi od 100 GHz.
Izboljšana integracija: integracija posameznih čipov materiala III-V in silicija; Napredna tehnologija integracije 3D.
Novi materiali: raziskovanje dvodimenzionalnih materialov (na primer grafena) za odkrivanje ultra hitre svetlobe; Nova zlitina skupine IV za pokritost s podaljšano valovno dolžino.
Nastajajoče aplikacije: Lidar in druge aplikacije za zaznavanje vodijo k razvoju APD; Mikrovalovni fotonski aplikaciji, ki zahtevajo visoko linearno fotodetektorje.
Fotodetektorji visoke hitrosti, zlasti GE ali SI fotodetektorje, so postali ključni gonilo silicijeve optoelektronike in optične komunikacije naslednje generacije. Nenehni napredek v materialih, oblikovanju naprav in integracijskih tehnologij je pomemben za izpolnjevanje naraščajočih zahtev pasovne širine prihodnjih podatkovnih centrov in telekomunikacijskih omrežij. Ko se polje še naprej razvija, lahko pričakujemo, da bomo videli fotodetektorje z večjo pasovno širino, nižjo hrup in brezhibno integracijo z elektronskimi in fotonskimi vezji.
Čas objave: januar-20-2025