Pro optoelektroniku na bázi křemíku, silikonové fotodetektory
FotodetektoryPřevod světelných signálů na elektrické signály a jak se rychlosti přenosu dat neustále zlepšují, vysokorychlostní fotodetektory integrované optoelektronickými platformami na bázi křemíku se staly klíčem k datovým centerům nové generace a telekomunikačních sítích. Tento článek poskytne přehled pokročilých vysokorychlostních fotodetektorů s důrazem na germanium na bázi křemíku (GE nebo SI fotodetektor)Křemíkové fotodetektoryPro integrovanou technologii optoelectronics.
Germanium je atraktivní materiál pro detekci infračerveného světla na křemíkových platformách, protože je kompatibilní s procesy CMOS a má extrémně silnou absorpci při vlnových délkách telekomunikačních. Nejběžnější strukturou fotodetektoru GE/Si je pin dioda, ve které je vnitřní germanium vloženo mezi oblast typu P a N.
Struktura zařízení Obrázek 1 ukazuje typický vertikální kolík ge neboSI fotodetektorstruktura:
Mezi hlavní vlastnosti patří: vrstva absorbující germanium pěstované na křemíkovém substrátu; Slouží ke shromažďování kontaktů nosičů náboje P a N; Spojení vlnovodu pro účinnou absorpci světla.
Epitaxiální růst: Rostoucí vysoce kvalitní germanium na křemíku je náročné kvůli nesouladu 4,2% mřížku mezi těmito dvěma materiály. Obvykle se používá dvoustupňový růstový proces: nízká teplota (300–400 ° C) růst vrstvy pufru a vysoká teplota (nad 600 ° C) depozice germania. Tato metoda pomáhá řídit dislokace nití způsobených neshodami mřížky. Žíhání po růstu při 800-900 ° C dále snižuje hustotu dislokace nití na asi 10^7 cm^-2. Charakteristiky výkonu: nejpokročilejší fotodetektor GE /SI může dosáhnout: citlivost,> 0,8a /w při 1550 nm; Šířka pásma,> 60 GHz; Tmavý proud, <1 μA při -1 V zkreslení.
Integrace s optoelektronickými platformami na bázi křemíku
IntegraceVysokorychlostní fotodetektoryS optoelektronickými platformami na bázi křemíku umožňuje pokročilé optické transceivery a propojení. Dvě hlavní integrační metody jsou následující: Integrace front-end (FEOL), kde fotodetektor a tranzistor jsou současně vyráběny na silikonovém substrátu, což umožňuje zpracování vysokých teplot, ale zabírá oblast čipů. Integrace back-end (BEOL). Fotodetektory se vyrábějí na vrcholu kovu, aby se zabránilo rušení CMOS, ale jsou omezeny na nižší teploty zpracování.
Obrázek 2: Reagovat a šířka pásma vysokorychlostního fotodetektikátoru GE/Si
Aplikace datového centra
Vysokorychlostní fotodetektory jsou klíčovou součástí další generace propojení datového centra. Mezi hlavní aplikace patří: Optical Transceivers: 100g, 400g a vyšší sazby pomocí modulace PAM-4; AVysoká šířka pásma fotodetektoru(> 50 GHz) je vyžadováno.
Optoelektronický integrovaný obvod na bázi křemíku: Monolitická integrace detektoru s modulátorem a dalšími komponenty; Kompaktní optický motor vysoce výkonného.
Distribuovaná architektura: Optické propojení mezi distribuovaným výpočtem, skladováním a skladováním; Řízení poptávky po energeticky efektivních fotodetektorech s vysokou šířkou šířky.
Budoucí výhled
Budoucnost integrovaných optoelektronických vysokorychlostních fotodetektorů ukáže následující trendy:
Vyšší rychlosti dat: řízení vývoje 800g a 1,6T transceiverů; Vyžadují se fotodetektory s šířkami pásma větší než 100 GHz.
Vylepšená integrace: Integrace materiálu III-V a křemíku III-V; Advanced 3D integrační technologie.
Nové materiály: zkoumání dvourozměrných materiálů (jako je grafen) pro ultrarychlé detekci světla; Nová slitina skupiny IV pro rozšířené pokrytí vlnové délky.
Nové aplikace: Lidar a další aplikace pro snímání řídí vývoj APD; Mikrovlnné fotonové aplikace vyžadující fotodetektory s vysokou linearitou.
Vysokorychlostní fotodetektory, zejména GE nebo SI fotodetektory, se staly klíčovým faktorem optoelektroniky na bázi křemíku a optické komunikace nové generace. Pokračující pokroky v oblasti materiálů, designu zařízení a integračních technologií jsou důležité pro splnění rostoucích požadavků na šířku pásma na budoucích datových centrech a telekomunikačních sítích. Vzhledem k tomu, že se pole neustále vyvíjí, můžeme očekávat, že uvidíme fotodetektory s vyšší šířkou pásma, nižším šumem a bezproblémovou integrací s elektronickými a fotonickými obvody.
Čas příspěvku: leden-20-2025