Photonic Integrated Circuit (PIC) materialsystem

Photonic Integrated Circuit (PIC) materialsystem

Silicon Photonics er en disiplin som bruker plane strukturer basert på silisiummaterialer for å lede lys for å oppnå en rekke funksjoner. Vi fokuserer her på anvendelse av silisiumfotonikk i å lage sendere og mottakere for fiberoptisk kommunikasjon. Ettersom behovet for å legge til mer overføring med en gitt båndbredde, et gitt fotavtrykk og en gitt kostnad øker, blir silisiumfotonikk mer økonomisk forsvarlig. For den optiske delen,Fotonisk integrasjonsteknologiMå brukes, og de fleste sammenhengende transceivere i dag er bygget ved hjelp av separate LinBO3/ Planar Light-Wave Circuit (PLC) modulatorer og INP/ PLC-mottakere.

Figur 1: Viser ofte brukte fotoniske integrerte krets (PIC) materialsystemer.

Figur 1 viser de mest populære PIC -materialsystemene. Fra venstre mot høyre er silisiumbasert silisiumdioksyd (også kjent som PLC), silisiumbasert isolator PIC (Silicon Photonics), litiumniobat (Linbo3) og III-V-gruppe PIC, som INP og GAAs. Denne artikkelen fokuserer på silisiumbasert fotonikk. ISilisiumfotonikk, reiser lyssignalet hovedsakelig i silisium, som har et indirekte båndgap på 1,12 elektron volt (med en bølgelengde på 1,1 mikron). Silisium dyrkes i form av rene krystaller i ovner og deretter kuttet i skiver, som i dag er typisk 300 mm i diameter. Skivets overflate oksideres for å danne et silikagag. En av skivene er bombardert med hydrogenatomer til en viss dybde. De to skivene blir deretter smeltet sammen i et vakuum og oksydlagene deres binder seg til hverandre. Monteringen bryter langs implantasjonslinjen for hydrogenion. Silisiumlaget ved sprekken blir deretter polert, og etterlater til slutt et tynt lag med krystallinsk Si på toppen av det intakte "håndtaket" håndtaket på silisiumet på silikagaget. Bølgeledere dannes fra dette tynne krystallinske laget. Mens disse silisiumbaserte isolatorene (SOI) -skivene gjør silisiumfotonikk-bølgeledere med lite tap, blir de faktisk mer brukt i CMOS-kretser med lav effekt på grunn av lav lekkasjestrøm de gir.

Det er mange mulige former for silisiumbaserte optiske bølgeledere, som vist i figur 2. De spenner fra mikroskala germanium-dopede silikasbølgeledere til nanoskala silisiumtrådbølgeledere. Ved å blande Germanium er det mulig å lageFotodetektorerog elektrisk absorpsjonmodulatorer, og muligens til og med optiske forsterkere. Av doping silisium, enOptisk modulatorkan lages. Bunnen fra venstre til høyre er: silisiumtrådbølgeleder, silisiumnitridbølgeleder, silisiumoksynitridbølgeleder, tykt silisiumryggebølgeluide, tynn silisiumnitridbølgeluide og dopet silisiumbølgeleder. På toppen, fra venstre mot høyre, er uttømmingsmodulatorer, germanium fotodetektorer og germaniumOptiske forsterkere.

Figur 2: Tverrsnitt av en silisiumbasert optisk bølgeleder-serie, som viser typiske forplantningstap og brytningsindekser.