Silikoon-ku-salaysan optoelectronics, sawir-qaadayaasha silikoon (Si photodetector)

Silikoon ku salaysan optoelectronics, sawir-qaadayaasha silikoon

Sawir-qaadayaashaU beddelo calaamadaha iftiinka calaamadaha korantada, iyo iyadoo heerka wareejinta xogta ay sii socoto inay soo hagaagto, sawir-qaadayaasha xawaaraha sare leh ee lagu dhex daray aaladaha optoelectronics-ku-saleysan ee silikoon ayaa fure u noqday xarumaha xogta jiilka soo socda iyo shabakadaha isgaarsiinta. Maqaalkani waxa uu bixin doonaa dulmar sawir-qaadayaal xawaare sare leh oo horumarsan, iyada oo xoogga la saarayo germanium ku salaysan silikoon (Ge ama Si photodetector)sawir-qaadayaasha silikoonloogu talagalay tignoolajiyada isku dhafan ee optoelectronics.

Germanium waa shay soo jiidasho leh oo loogu talagalay ogaanshaha iftiinka infrared-ka ee meelaha silikon sababtoo ah waxay la jaan qaadaysaa hababka CMOS waxayna leedahay nuugista aad u xoogan ee hirarka isgaarsiinta. Qaab dhismeedka sawir-qaade ee ugu caansan ee Ge/Si waa pin-diode, kaas oo germanium-ka gudaha lagu dhex darajo inta u dhaxaysa nooca P-nooca iyo gobollada N-nooca.

Qaab dhismeedka aaladda Jaantuska 1 wuxuu muujinayaa biin toosan oo caadi ah Ge amaSi sawir qaadeqaab dhismeedka:

Tilmaamaha ugu muhiimsan waxaa ka mid ah: lakabka nuugista germanium oo ku koray substrate silicon; Loo isticmaalo in lagu ururiyo xiriirada p iyo n ee qaadeyaasha; Isku xirka waveguide si loo nuugo iftiinka waxtarka leh.

Kobaca Epitaxial: Kobcinta germanium tayo sare leh ee silikoon waa mid dhib badan sababtoo ah 4.2% ismaandhaafka shafka ah ee u dhexeeya labada shay. Habka korriinka laba-tallaabo ayaa badanaa la isticmaalaa: heerkul hooseeya (300-400 ° C) koritaanka lakabka daboolaya iyo heerkulka sare (ka sarreeya 600 ° C) dhigista germanium. Habkani waxa uu caawiyaa in la xakameeyo kala-baxyada dunta oo ay sababto is-maan-dhaafka xarkaha. Koritaanka ka dib 800-900C waxay sii yaraynaysaa cufnaanta kala-baxa dunta ilaa 10^7 cm^-2. Astaamaha waxqabadka: Sawir-qaadeha ugu horumarsan ee Ge/Si PIN wuxuu gaari karaa: ka jawaab celin,> 0.8A/W at 1550 nm; Bandwidth,>60 GHz; Hadda mugdi ah, <1 μA at -1 V eexda.

Isdhexgalka oo leh aalado optoelectronics-ku-saleysan silikoon

Is dhexgalka eesawir-qaadayaasha xawaaraha sare lehoo leh aalado optoelectronics-ku-saleysan oo silicon ah ayaa awood u siinaya transceivers indhaha sare iyo isku xirnaanta. Labada hab ee is dhexgalka ugu muhiimsan waa sida soo socota: Isdhexgalka Front-end (FEOL), halkaas oo sawir-qaade iyo transistor isku mar lagu sameeyo substrate silikoon oo u oggolaanaya habaynta heerkulka sare, laakiin qaadashada aagga chip. Is-dhexgalka-dhamaadka dambe (BEOL). Sawir-qaadayaasha ayaa lagu soo saaray birta dusheeda si looga fogaado faragelinta CMOS, laakiin waxay ku xaddidan yihiin heerkulka habaynta hoose.

Jaantuska 2: Ka jawaabista iyo xawaaraha xawaaraha sare ee sawir-qaade Ge/Si

Codsiga xarunta xogta

Sawir-qaadayaasha xawaaraha sarreeya ayaa ah qayb muhiim ah oo ka mid ah jiilka soo socda ee isku xirka xarunta xogta. Codsiyada ugu muhiimsan waxaa ka mid ah: transceivers indhaha: 100G, 400G iyo heerarka sare, iyadoo la adeegsanayo qaabeynta PAM-4; Asawirqaade bandwidth sare(> 50 GHz) ayaa loo baahan yahay.

Silicon-ku-salaysan optoelectronic isku-dhafan isku-dhafan: isku-dhafka monolithic ee baaraha leh modulator iyo qaybaha kale; Matoor muuqaal ah oo is haysta, waxqabadkiisu sarreeyo.

Qaab dhismeedka la qaybiyey: isku xidhka indhaha ee u dhexeeya xisaabinta la qaybiyey, kaydinta, iyo kaydinta; Kaxaynta baahida tamar-ku-ool ah, sawir-qaadayaal-bandwidth-sare ah.

Aragtida mustaqbalka

Mustaqbalka sawir-qaadayaasha xawaaraha sare ee optoelectronic isku-dhafan ayaa muujin doona isbeddellada soo socda:

Heerarka xogta sare: Wadista horumarinta 800G iyo 1.6T transceivers; Sawir-qaadayaal leh xajmigoodu ka weyn yahay 100 GHz ayaa loo baahan yahay.

Is-dhexgalka la hagaajiyay: Isku-dhafka hal jajab ee walxaha III-V iyo silikoon; Farsamaynta is dhexgalka 3D horumarsan.

Qalabka cusub: Sahaminta walxaha laba-geesoodka ah (sida graphene) si loo ogaado iftiinka ultrafast; Qalab cusub oo kooxda IV ah oo loogu talagalay daboolida hirarka dhaadheer.

Codsiyada soo baxaya: LiDAR iyo codsiyada kale ee dareenka ayaa horseedaya horumarka APD; Codsiyada photon Microwave ee u baahan sawirqaadayaal toosan oo sare.

Sawir-qaadayaasha xawaaraha sare leh, gaar ahaan Ge ama Si sawir-qaadayaasha, waxay noqdeen darawal fure u ah optoelectronics-ku-saleysan silikoon iyo isgaarsiin indhaha soo socda. Horumarka joogtada ah ee agabka, naqshadaynta aaladaha, iyo tignoolajiyada isdhexgalka ayaa muhiim ah si loo daboolo baahida sii kordheysa ee xarumaha xogta iyo shabakadaha isgaarsiinta. Maaddaama goobtu ay sii socoto inay horumarto, waxaan filan karnaa inaan aragno sawir-qaadayaal leh bandwidth sare, buuq hoose, iyo is dhexgalka aan kala go 'lahayn ee wareegga elektaroonigga ah iyo sawir-qaadista.