Per l'optoelettronica à basa di siliciu, i fotodetettori di siliciu (fotodetettore Si)

Per l'optoelettronica à basa di siliciu, i fotodetettori di siliciu

Fotodetettoricunvertenu i signali luminosi in signali elettrichi, è mentre i tassi di trasferimentu di dati cuntinueghjanu à migliurà, i fotodetectori à alta velocità integrati cù piattaforme optoelettroniche à basa di siliciu sò diventati chjave per i centri di dati è e rete di telecomunicazioni di prossima generazione. Questu articulu furnisce una panoramica di i fotodetectori avanzati à alta velocità, cù enfasi nantu à u germaniu à basa di siliciu (fotodetector Ge o Si)fotodetettori di siliconeper a tecnulugia optoelettronica integrata.

U germaniu hè un materiale attraente per a rilevazione di luce vicinu à l'infrarossu nantu à e piattaforme di siliciu perchè hè cumpatibile cù i prucessi CMOS è hà un assorbimentu estremamente forte à lunghezze d'onda di telecomunicazione. A struttura di fotodetector Ge/Si più cumuna hè u diodu pin, in u quale u germaniu intrinsecu hè inseritu trà e regioni di tipu P è di tipu N.

Struttura di u dispusitivu A figura 1 mostra un tipicu pin verticale Ge oFotodetector di Sistruttura:

E caratteristiche principali includenu: stratu assorbente di germaniu cresciutu nantu à un substratu di siliciu; Adupratu per raccoglie i cuntatti p è n di i purtatori di carica; Accoppiamentu di guida d'onda per un assorbimentu di luce efficiente.

Crescita epitassiale: A crescita di germaniu di alta qualità nantu à u siliciu hè difficiule per via di a discrepanza di reticolo di 4,2% trà i dui materiali. Di solitu si usa un prucessu di crescita in dui passi: crescita di u stratu buffer à bassa temperatura (300-400 °C) è deposizione di germaniu à alta temperatura (sopra i 600 °C). Stu metudu aiuta à cuntrullà e dislocazioni di filettatura causate da discrepanze di reticolo. A ricottura post-crescita à 800-900 °C riduce ulteriormente a densità di dislocazione di filettatura à circa 10^7 cm^-2. Caratteristiche di prestazione: U fotodetector PIN Ge/Si più avanzatu pò ottene: reattività, > 0,8 A /W à 1550 nm; Larghezza di banda, >60 GHz; Corrente di bughju, <1 μA à -1 V di polarizazione.

Integrazione cù piattaforme optoelettroniche basate nantu à u siliciu

L'integrazione difotodetettori à alta velocitàCù piattaforme optoelettroniche basate nantu à u siliciu, permettenu transceiver ottici avanzati è interconnessioni. I dui principali metudi d'integrazione sò i seguenti: Integrazione front-end (FEOL), induve u fotodetector è u transistor sò fabbricati simultaneamente nantu à un substratu di siliciu chì permette a trasfurmazione à alta temperatura, ma occupanu una superficia di chip. Integrazione back-end (BEOL). I fotodetector sò fabbricati sopra u metallu per evità interferenze cù CMOS, ma sò limitati à temperature di trasfurmazione più basse.

Figura 2: Responsività è larghezza di banda di un fotodetector Ge/Si à alta velocità

Applicazione di u centru di dati

I fotodetettori à alta velocità sò un cumpunente chjave in a prossima generazione di interconnessione di centri di dati. L'applicazioni principali includenu: transceiver ottici: 100G, 400G è velocità più elevate, utilizendu a modulazione PAM-4; Afotodetector à alta larghezza di banda(>50 GHz) hè necessariu.

Circuitu integratu optoelettronicu à basa di siliciu: integrazione monolitica di u rilevatore cù u modulatore è altri cumpunenti; Un mutore otticu compactu è d'alte prestazioni.

Architettura distribuita: interconnessione ottica trà l'informatica distribuita, u almacenamentu è u almacenamentu; Stimulendu a dumanda di fotodetettori à alta larghezza di banda è à risparmiu energeticu.

Prospettive future

L'avvene di i fotodetectori optoelettronici integrati à alta velocità mostrerà e seguenti tendenze:

Velocità di dati più elevate: Stimulendu u sviluppu di ricetrasmettitori 800G è 1.6T; Sò richiesti fotodetectori cù larghezze di banda superiori à 100 GHz.

Integrazione migliorata: Integrazione di un unicu chip di materiale III-V è siliciu; Tecnulugia avanzata d'integrazione 3D.

Novi materiali: Esplorazione di materiali bidimensionali (cum'è u grafene) per a rilevazione di luce ultraveloce; Una nova lega di Gruppu IV per una copertura di lunghezza d'onda estesa.

Applicazioni emergenti: LiDAR è altre applicazioni di rilevamentu stanu guidendu u sviluppu di APD; Applicazioni di fotoni à microonde chì richiedenu fotodetettori di alta linearità.

I fotodetectori à alta velocità, in particulare i fotodetectori di Ge o Si, sò diventati un mutore chjave di l'optoelettronica basata nantu à u siliciu è di e cumunicazioni ottiche di prossima generazione. I progressi cuntinui in i materiali, a cuncepzione di i dispositivi è e tecnulugie d'integrazione sò impurtanti per risponde à e crescenti esigenze di larghezza di banda di i futuri centri di dati è reti di telecomunicazioni. Mentre u campu cuntinueghja à evoluzione, pudemu aspittà di vede fotodetectori cù una larghezza di banda più elevata, un rumore più bassu è una integrazione perfetta cù i circuiti elettronichi è fotonici.