Elementu attivu di fotonica di siliciu

Elementu attivu di fotonica di siliciu

I cumpunenti attivi di a fotonica si riferiscenu specificamente à l'interazzioni dinamiche intenzionalmente pensate trà a luce è a materia. Un cumpunente attivu tipicu di a fotonica hè un modulatore otticu. Tutti i currenti basati in siliconemodulatori otticisò basati nantu à l'effettu di trasportatore senza plasma. Cambiendu u numeru di elettroni liberi è buchi in un materiale di siliciu per doping, metudi elettrici o ottici pò cambià u so cumplessu indice di rifrazione, un prucessu mostratu in l'equazioni (1,2) ottenuti da l'adattamentu di dati da Soref è Bennett à una lunghezza d'onda di 1550 nanometri. . In cunfrontu cù l'elettroni, i buchi causanu una proporzione più grande di cambiamenti di l'indice di rifrazione reale è imaginariu, vale à dì, ponu pruduce un cambiamentu di fase più grande per un cambiamentu di perdita datu, cusì inModulatori Mach-Zehnderè modulatori anellu, hè di solitu preferitu à aduprà buchi per fàmodulatori di fase.

I variimodulateur au silicium (Si).tipi sò mostrati in a Figura 10A. In un modulatore di iniezione di trasportatore, a luce hè situata in siliciu intrinsicu in una junction pin assai larga, è l'elettroni è i buchi sò injectati. Tuttavia, tali modulatori sò più lenti, tipicamente cù una larghezza di banda di 500 MHz, perchè l'elettroni liberi è i buchi piglianu più tempu per recombine dopu l'iniezione. Per quessa, sta struttura hè spessu usata cum'è un attenuatore otticu variabile (VOA) piuttostu cà un modulatore. In un modulatore di depletion di u trasportatore, a parte di luce hè situata in una junction pn stretta, è a larghezza di depletion di a junction pn hè cambiata da un campu elettricu applicatu. Stu modulatore pò operà à velocità di più di 50 Gb/s, ma hà una alta perdita di inserzione di fondo. U vpil tipicu hè 2 V-cm. Un modulatore di semiconductor d'ossidu di metallu (MOS) (in realtà semiconductor-oxide-semiconductor) cuntene una fina capa d'ossidu in una junction pn. Permette una certa accumulazione di u trasportatore è ancu una deplezione di u trasportatore, chì permette un VπL più chjucu di circa 0,2 V-cm, ma hà u svantaghju di perdite ottiche più altu è capacità più altu per unità di lunghezza. Inoltre, ci sò modulatori di assorbimentu elettricu SiGe basati nantu à u muvimentu di u bordu di banda SiGe (alia di silicio Germanium). Inoltre, ci sò modulatori di grafene chì si basanu in u grafene per cambià trà metalli assorbenti è insulatori trasparenti. Quessi dimustranu a diversità di l'applicazioni di diversi meccanismi per ottene una modulazione di u signale otticu à alta velocità è bassa perdita.

Figura 10: (A) Diagramma di sezione trasversale di diversi disinni di modulatore otticu basatu in silicu è (B) diagramma di sezione trasversale di disinni di detector otticu.

Diversi rivelatori di luce basati in siliciu sò mostrati in a Figura 10B. U materiale assorbente hè germanium (Ge). Ge è capace di assorbire a luce a lunghezze d'onda fino a circa 1,6 micron. A manca hè mostrata a struttura di pin più riescita cummerciale oghje. Hè cumpostu di siliciu drogatu di tipu P nantu à quale cresce Ge. Ge è Si anu una discordanza di 4% di lattice, è per minimizzà a dislocazione, una capa fina di SiGe hè prima cultivata cum'è una capa di buffer. U doping di tipu N hè realizatu nantu à a cima di u stratu Ge. Un fotodiodu metal-semiconductor-metal (MSM) hè mostratu in u mezu, è un APD (Fotodetettore di valanga) hè mostratu à a diritta. A regione di avalanche in APD hè situata in Si, chì hà caratteristiche di rumore più bassu cumparatu cù a regione di avalanche in i materiali elementari di u Gruppu III-V.

Attualmente, ùn ci sò solu suluzione cù vantaghji evidenti in l'integrazione di u guadagnu otticu cù a fotonica di siliciu. A Figura 11 mostra parechje opzioni pussibuli urganizate per livellu di assemblea. À l'estrema manca ci sò integrazioni monolitiche chì includenu l'usu di germaniu (Ge) cultivatu epitaxialmente cum'è materiale di guadagnu otticu, guide d'onda di vetru drogatu cù erbiu (Er) (cum'è Al2O3, chì richiede pompa ottica), è arsenidu di gallio cultivatu epitaxialmente (GaAs). ) punti quantum. A prossima colonna hè l'assemblea di wafer à wafer, chì implica l'ossidu è u ligame organicu in a regione di guadagnu di u gruppu III-V. A prossima colonna hè l'assemblea chip-to-wafer, chì implica l'incrustazione di u chip di u gruppu III-V in a cavità di l'oblea di siliciu è poi machining a struttura di guida d'onda. U vantaghju di stu primu approcciu di trè colonne hè chì u dispusitivu pò esse verificatu cumplettamente funziunale in l'ostia prima di taglià. A colonna più à destra hè l'assemblea chip-to-chip, cumpresu l'accoppiamentu direttu di chips di silicone à chip di u gruppu III-V, è ancu l'accoppiamentu per lenti è accoppiatori di griglia. A tendenza versu l'applicazioni cummerciale si move da a diritta à a manca di u graficu versu suluzioni più integrate è integrate.

Figura 11: Cumu u guadagnu otticu hè integratu in a fotonica basata in siliciu. Quandu si move da a manca à a diritta, u puntu di inserimentu di a fabricazione torna gradualmente in u prucessu.