Σύστημα υλικού φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος (PIC)

Σύστημα υλικού φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος (PIC)

Η φωτονική του πυριτίου είναι μια πειθαρχία που χρησιμοποιεί επίπεδες δομές που βασίζονται σε υλικά πυριτίου για να κατευθύνουν το φως για να επιτευχθεί μια ποικιλία λειτουργιών. Εστιάζουμε εδώ στην εφαρμογή της φωτονικής του πυριτίου στη δημιουργία πομπών και δέκων για επικοινωνίες οπτικών ινών. Καθώς η ανάγκη προσθήκης περισσότερης μετάδοσης σε ένα δεδομένο εύρος ζώνης, ένα δεδομένο αποτύπωμα και ένα δεδομένο κόστος αυξήσεων, η φωτονική του πυριτίου γίνεται πιο οικονομικά υγιής. Για το οπτικό μέρος,τεχνολογία φωτονικής ενσωμάτωσηςΠρέπει να χρησιμοποιούνται και οι πιο συνεκτικοί πομποδέκτες σήμερα κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ξεχωριστούς διαμορφωτές Linbo3/ Planar Circuit Light-Wave Circuit (PLC) και δέκτες INP/ PLC.

Εικόνα 1: Εμφανίζει τα συστήματα υλικού ενσωματωμένου κυκλώματος (PIC).

Το σχήμα 1 δείχνει τα πιο δημοφιλή συστήματα υλικών PIC. Από αριστερά προς τα δεξιά είναι η πυριτική Silica Pic με βάση το πυρίτιο (επίσης γνωστή ως PLC), το μονωτικό Pic με βάση το πυρίτιο (φωτονικά του πυριτίου), το Niobate του λιθίου (Linbo3) και το III-V Group PIC, όπως το INP και το GAAS. Αυτό το έγγραφο επικεντρώνεται στη φωτονική με βάση το πυρίτιο. Σεφωτονική πυριτίου, το σήμα φωτός ταξιδεύει κυρίως σε πυρίτιο, το οποίο διαθέτει έμμεσο κενό ζώνης 1,12 ηλεκτρονίων βολτ (με μήκος κύματος 1,1 μικρά). Το πυρίτιο καλλιεργείται με τη μορφή καθαρών κρυστάλλων σε φούρνους και στη συνέχεια κόβεται σε γκοφρέτες, οι οποίες σήμερα έχουν συνήθως 300 mm σε διάμετρο. Η επιφάνεια του δίσκου οξειδώνεται για να σχηματίσει ένα στρώμα πυριτίας. Μία από τις γκοφρέτες βομβαρδίζεται με άτομα υδρογόνου σε ένα συγκεκριμένο βάθος. Στη συνέχεια, οι δύο γκοφρέτες συγχωνεύονται σε κενό και τα στρώματα οξειδίου τους δεσμεύονται μεταξύ τους. Η συναρμολόγηση σπάει κατά μήκος της γραμμής εμφύτευσης ιόντων υδρογόνου. Το στρώμα πυριτίου στη ρωγμή στη συνέχεια γυαλίζεται, τελικά αφήνοντας ένα λεπτό στρώμα κρυσταλλικού Si πάνω από το άθικτο δίσκο "λαβή" του πυριτίου πάνω από το στρώμα πυριτίας. Οι κυματοδηγοί σχηματίζονται από αυτό το λεπτό κρυσταλλικό στρώμα. Ενώ αυτά τα πλακίδια μονωτή (SOI) που βασίζονται σε πυρίτιο (SOI) καθιστούν δυνατούς κυματοδηγούς φωτονικής πυριτίου χαμηλής απώλειας, χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε κυκλώματα CMOS χαμηλής ισχύος λόγω του χαμηλού ρεύματος διαρροής που παρέχουν.

Υπάρχουν πολλές πιθανές μορφές οπτικών κυματοδηγών που βασίζονται σε πυρίτιο, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Κυμαίνονται από κυματοδηγούς πυριτίου με γερμανικό σίλικα σε κυματοδηγούς σύρματος πυριτίου νανοκλίμακας. Με την ανάμειξη του γερμανίου, είναι δυνατόν να γίνειφωτοανόδυροικαι ηλεκτρική απορρόφησηδιαμορφωτές, και ενδεχομένως ακόμη και οπτικοί ενισχυτές. Από το πυρίτιο του ντόπινγκ, έναοπτικός διαμορφωτήςμπορεί να γίνει. Ο πυθμένας από αριστερά προς τα δεξιά είναι: κυματοδηγός σύρματος πυριτίου, κυματοδηγός νιτριδίου πυριτίου, κυματοδηγός οξυνιτριδίου πυριτίου, κυματοδηγός πυκνού πυριτίου, κυματοδηγός νιτριδίου λεπτού πυριτίου και κυματοδηγός πυριτίου. Στην κορυφή, από αριστερά προς τα δεξιά, είναι οι διαμορφωτές εξάντλησης, οι φωτοανιχνευτές γερμανίου και το γερμανικόοπτικοί ενισχυτές.

Εικόνα 2: Διατομή μιας σειράς οπτικού κυματοδηγού με βάση το πυρίτιο, που δείχνει τυπικές απώλειες διάδοσης και δείκτες διάθλασης.