System materiałów do budowy układów scalonych fotonicznych (PIC)
Fotonika krzemowa to dziedzina, która wykorzystuje płaskie struktury oparte na materiałach krzemowych do kierowania światłem w celu osiągnięcia różnych funkcji. Skupiamy się tutaj na zastosowaniu fotoniki krzemowej w tworzeniu nadajników i odbiorników do komunikacji światłowodowej. Ponieważ potrzeba dodania większej transmisji przy danej szerokości pasma, danym odcisku i danym koszcie wzrasta, fotonika krzemowa staje się bardziej ekonomiczna. W przypadku części optycznej,technologia integracji fotonowejNależy stosować wyłącznie nadajniki-odbiorniki o spójnej konstrukcji, a większość współczesnych transceiverów jest zbudowana przy użyciu oddzielnych modulatorów LiNbO3/PLC (planar light wave circuit) i odbiorników InP/PLC.
Rysunek 1: Przedstawia powszechnie stosowane materiały układów scalonych fotonowych (PIC).
Na rysunku 1 przedstawiono najpopularniejsze systemy materiałów PIC. Od lewej do prawej: krzemionkowe PIC (znane również jako PLC), krzemowe izolatory PIC (fotonika krzemowa), niobian litu (LiNbO3) i PIC grupy III-V, takie jak InP i GaAs. W tym artykule skupiono się na fotonice opartej na krzemie. Wfotonika krzemowa, sygnał świetlny przemieszcza się głównie w krzemie, który ma pośrednią przerwę pasmową wynoszącą 1,12 elektronowoltów (o długości fali 1,1 mikrona). Krzem jest hodowany w postaci czystych kryształów w piecach, a następnie cięty na płytki, które obecnie mają zwykle średnicę 300 mm. Powierzchnia płytki jest utleniana w celu utworzenia warstwy krzemionki. Jeden z płytek jest bombardowany atomami wodoru do określonej głębokości. Następnie dwa płytki są łączone w próżni, a ich warstwy tlenkowe wiążą się ze sobą. Zespół pęka wzdłuż linii implantacji jonów wodorowych. Następnie warstwa krzemu przy pęknięciu jest polerowana, ostatecznie pozostawiając cienką warstwę krystalicznego Si na wierzchu nienaruszonego krzemowego wafla „uchwytowego” na wierzchu warstwy krzemionki. Z tej cienkiej warstwy krystalicznej powstają falowody. Chociaż te płytki izolacyjne na bazie krzemu (SOI) umożliwiają produkcję falowodów fotonicznych o niskiej stracie, w rzeczywistości są powszechniej stosowane w układach CMOS o małej mocy ze względu na niski prąd upływu, jaki zapewniają.
Istnieje wiele możliwych form światłowodów na bazie krzemu, jak pokazano na rysunku 2. Są to zarówno mikrofalowo-domieszkowane germanem światłowody krzemionkowe, jak i nanofalowo-przewodniki z drutu krzemowego. Poprzez mieszanie germanu możliwe jestfotodetektoryi pochłanianie energii elektrycznejmodulatoryi prawdopodobnie nawet wzmacniacze optyczne. Poprzez domieszkowanie krzemu,modulator optycznymożna wykonać. Na dole od lewej do prawej znajdują się: falowód z drutu krzemowego, falowód z azotku krzemu, falowód z oksyazotku krzemu, falowód z grubego grzbietu krzemu, falowód z cienkiego azotku krzemu i falowód z domieszkowanego krzemu. Na górze, od lewej do prawej, znajdują się modulatory zubożenia, fotodetektory germanowe i germanowewzmacniacze optyczne.
Rysunek 2: Przekrój poprzeczny szeregu światłowodów na bazie krzemu, pokazujący typowe straty propagacyjne i współczynniki załamania światła.
Czas publikacji: 15-07-2024