W przypadku optoelektroniki na bazie krzemu, fotodetektory krzemu
FotodetektoryKonwertuj sygnały światła na sygnały elektryczne, a w miarę, jak prędkości transferu danych nadal poprawia się, szybkie fotodetektory zintegrowane z platformami optoelektronikami na bazie krzemowych stały się kluczem do centrów danych nowej generacji i sieci telekomunikacyjnych. W tym artykule zostanie przegląd zaawansowanych szybkich fotodetektorów, z naciskiem na german oparty na krzemion (GE lub SI Photodetector)fotodetektory silikonoweDo zintegrowanej technologii optoelektronicznej.
German jest atrakcyjnym materiałem do wykrywania światła w bliskiej podczerwieni na platformach krzemowych, ponieważ jest kompatybilny z procesami CMOS i ma wyjątkowo silną absorpcję przy długości fal telekomunikacyjnych. Najczęstszą strukturą fotodetektora GE/SI jest dioda PIN, w której wewnętrzna german jest umieszczona między regionami typu P i N.
Struktura urządzenia Rysunek 1 pokazuje typowy pionowy styk GE lubSI Fotodetektorstruktura:
Główne cechy obejmują: warstwę pochłaniającą german hodowaną na substratu krzemu; Służy do zbierania kontaktów P i N z przewoźnikami opłat; Sprzężenie falowodu dla wydajnej wchłaniania światła.
Wzrost epitaksjalny: wzrost wysokiej jakości germanu na krzemu jest trudny ze względu na 4,2% niedopasowanie sieci między dwoma materiałami. Zwykle stosuje się dwuetapowy proces wzrostu: niski temperatura (300-400 ° C) Wzrost warstwy buforu i wysoka temperatura (powyżej 600 ° C) osadzania germanu. Ta metoda pomaga kontrolować zwichnięcia gwintowania spowodowane niedopasowaniem sieci. Wyżarzanie po wzroście w temperaturze 800-900 ° C dodatkowo zmniejsza gęstość zwichnięcia gwintowania do około 10^7 cm^-2. Charakterystyka wydajności: Najbardziej zaawansowany fotodetektor GE /SI może osiągnąć: reaktywność,> 0,8A /w przy 1550 nm; Przepustowość,> 60 GHz; Ciemny prąd, <1 μA przy odchyleniu -1 V.
Integracja z platformami optoelektroniki na bazie krzemu
Integracjaszybkie fotodetektoryDzięki platformom optoelektronicznym opartym na silikonach umożliwia zaawansowane optyczne transceivery i wzajemne połączenia. Dwie główne metody integracji są następujące: integracja front-end (FEOL), w której fotodetektor i tranzystor są jednocześnie wytwarzane na substratu krzemu, umożliwiając przetwarzanie wysokiej temperatury, ale zajmują obszar chipów. Integracja zaplecza (Beol). Fotodetektory są wytwarzane na metal, aby uniknąć zakłóceń z CMO, ale ograniczają się do niższych temperatur przetwarzania.
Rycina 2: Reaktywność i przepustowość szybkiego fotodetektora GE/SI
Aplikacja centrum danych
Szybkie fotodetektory są kluczowym elementem następnej generacji wzajemnego połączenia centrum danych. Główne zastosowania obejmują: transceiverów optycznych: 100G, 400G i wyższe prędkości, przy użyciu modulacji PAM-4; AFotodetektor fotodetektora o wysokiej przepustowości(> 50 GHz) jest wymagane.
Optoelektroniczny obwód zintegrowany na bazie krzemowy: monolityczna integracja detektora z modulatorem i innymi komponentami; Kompaktowy, wysokowydajny silnik optyczny.
Architektura rozproszona: wzajemne połączenie optyczne między rozpowszechnionymi obliczeniami, pamięcią i pamięcią; Napędzanie zapotrzebowania na energooszczędne fotodetektory o wysokiej pasma.
Przyszłe perspektywy
Przyszłość zintegrowanych optoelektronicznych szybkich fotodetektorów pokaże następujące trendy:
Wyższe tempo transmisji danych: napędzanie rozwoju transceiverów 800 g i 1,6T; Wymagane są fotodetektory o przepustowości większych niż 100 GHz.
Ulepszona integracja: integracja pojedynczego układu i III-V materiału i krzemu; Zaawansowana technologia integracji 3D.
Nowe materiały: badanie materiałów dwuwymiarowych (takich jak grafen) do ultraszybkiego wykrywania światła; Nowy stop grupy IV dla przedłużonego pokrycia długości fali.
Pojawiające się zastosowania: Lidar i inne aplikacje wykrywające napędzają rozwój APD; Zastosowania fotonów mikrofalowych wymagające fotodetektorów o wysokiej liniowości.
Szybkie fotodetektory, zwłaszcza fotodetektory GE lub SI, stały się kluczowym motorem optoelektroniki na bazie krzemu i komunikacji optycznej nowej generacji. Dalsze postępy w technologiach materiałów, urządzeń i technologii integracji są ważne, aby sprostać rosnącym wymaganiom przepustowości przyszłych centrów danych i sieci telekomunikacyjnych. W miarę ewolucji pole możemy spodziewać się fotodetektorów o wyższej przepustowości, niższej szumu i bezproblemowej integracji z obwodami elektronicznymi i fotonicznymi.
Czas po: Jan-20-2025