Σύστημα υλικών φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος (PIC).

Σύστημα υλικών φωτονικού ολοκληρωμένου κυκλώματος (PIC).

Η φωτονική του πυριτίου είναι ένας κλάδος που χρησιμοποιεί επίπεδες δομές βασισμένες σε υλικά πυριτίου για να κατευθύνει το φως για να επιτύχει μια ποικιλία λειτουργιών. Εστιάζουμε εδώ στην εφαρμογή της φωτονικής του πυριτίου στη δημιουργία πομπών και δεκτών για επικοινωνίες οπτικών ινών. Καθώς αυξάνεται η ανάγκη να προστεθεί περισσότερη μετάδοση σε ένα δεδομένο εύρος ζώνης, ένα δεδομένο αποτύπωμα και ένα δεδομένο κόστος, η φωτονική του πυριτίου γίνεται πιο οικονομικά υγιής. Για το οπτικό μέρος,τεχνολογία φωτονικής ολοκλήρωσηςπρέπει να χρησιμοποιούνται και οι περισσότεροι συνεκτικοί πομποδέκτες σήμερα κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ξεχωριστούς διαμορφωτές LiNbO3/ επίπεδου κυκλώματος φωτός (PLC) και δέκτες InP/PLC.

Εικόνα 1: Δείχνει τα συστήματα υλικών που χρησιμοποιούνται συνήθως φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (PIC).

Το σχήμα 1 δείχνει τα πιο δημοφιλή συστήματα υλικού PIC. Από αριστερά προς τα δεξιά είναι το πυρίτιο PIC με βάση το πυρίτιο (επίσης γνωστό ως PLC), το μονωτικό PIC με βάση το πυρίτιο (φωτονική πυριτίου), το νιοβικό λίθιο (LiNbO3) και το PIC της ομάδας III-V, όπως τα InP και GaAs. Αυτή η εργασία εστιάζει στη φωτονική με βάση το πυρίτιο. Σεφωτονική πυριτίου, το φωτεινό σήμα ταξιδεύει κυρίως σε πυρίτιο, το οποίο έχει έμμεσο διάκενο ζώνης 1,12 ηλεκτρονιοβολτ (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 διάμετρο 300 mm. Η επιφάνεια του πλακιδίου οξειδώνεται για να σχηματίσει ένα στρώμα πυριτίου. Μία από τις γκοφρέτες βομβαρδίζεται με άτομα υδρογόνου σε ένα ορισμένο βάθος. Οι δύο γκοφρέτες στη συνέχεια συντήκονται σε κενό και τα στρώματα οξειδίου τους συνδέονται μεταξύ τους. Το συγκρότημα σπάει κατά μήκος της γραμμής εμφύτευσης ιόντων υδρογόνου. Το στρώμα πυριτίου στη ρωγμή στη συνέχεια γυαλίζεται, αφήνοντας τελικά ένα λεπτό στρώμα κρυσταλλικού Si πάνω από την άθικτη γκοφρέτα «λαβής» πυριτίου πάνω από το στρώμα πυριτίου. Οι κυματοδηγοί σχηματίζονται από αυτό το λεπτό κρυσταλλικό στρώμα. Ενώ αυτές οι γκοφρέτες μόνωσης (SOI) με βάση το πυρίτιο καθιστούν δυνατούς τους φωτονικούς κυματοδηγούς πυριτίου χαμηλής απώλειας, στην πραγματικότητα χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε κυκλώματα CMOS χαμηλής ισχύος λόγω του χαμηλού ρεύματος διαρροής που παρέχουν.

Υπάρχουν πολλές πιθανές μορφές οπτικών κυματοδηγών με βάση το πυρίτιο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Κυμαίνονται από κυματοδηγούς πυριτίου με πρόσμειξη γερμανίου σε μικροκλίμακα έως κυματοδηγούς πυριτίου νανοκλίμακας. Με την ανάμειξη γερμανίου, είναι δυνατό να γίνειφωτοανιχνευτέςκαι ηλεκτρική απορρόφησηδιαμορφωτές, και πιθανώς ακόμη και οπτικούς ενισχυτές. Με ντόπινγκ πυρίτιο, έναοπτικός διαμορφωτήςμπορεί να γίνει. Το κάτω μέρος από αριστερά προς τα δεξιά είναι: κυματοδηγός σύρματος πυριτίου, κυματοδηγός νιτριδίου πυριτίου, κυματοδηγός οξυνιτριδίου πυριτίου, κυματοδηγός παχιάς κορυφογραμμής πυριτίου, λεπτός κυματοδηγός νιτριδίου πυριτίου και κυματοδηγός ντοπαρισμένου πυριτίου. Στην κορυφή, από αριστερά προς τα δεξιά, υπάρχουν διαμορφωτές εξάντλησης, φωτοανιχνευτές γερμανίου και γερμάνιοοπτικούς ενισχυτές.


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


Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-15-2024