Fotoniskās integrētās shēmas (PIC) materiālu sistēma

Fotoniskās integrētās shēmas (PIC) materiālu sistēma

Silīcija fotonika ir disciplīna, kas izmanto plaknes struktūras, kuru pamatā ir silīcija materiāli, lai virzītu gaismu dažādu funkciju veikšanai. Šeit mēs koncentrējamies uz silīcija fotonikas pielietojumu raidītāju un uztvērēju izveidē optisko šķiedru sakariem. Pieaugot nepieciešamībai palielināt pārraides jaudu noteiktā joslas platumā, noteiktā platībā un noteiktās izmaksās, silīcija fotonika kļūst ekonomiski pamatotāka. Optiskajā daļā,fotoniskās integrācijas tehnoloģijajāizmanto, un lielākā daļa koherento raidītāju-uztvērēju mūsdienās tiek veidoti, izmantojot atsevišķus LiNbO3/plaknes gaismas viļņu shēmas (PLC) modulatorus un InP/PLC uztvērējus.

1. attēls: Attēlotas bieži izmantotās fotonisko integrālo shēmu (PIC) materiālu sistēmas.

1. attēlā redzamas populārākās PIC materiālu sistēmas. No kreisās uz labo pusi ir uz silīcija bāzes veidots silīcija PIC (pazīstams arī kā PLC), uz silīcija bāzes veidots izolatora PIC (silīcija fotonika), litija niobāts (LiNbO3) un III-V grupas PIC, piemēram, InP un GaAs. Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta fotonikai uz silīcija bāzes.silīcija fotonika, gaismas signāls galvenokārt pārvietojas silīcijā, kuras netiešā joslas sprauga ir 1,12 elektronvolti (ar viļņa garumu 1,1 mikrons). Silīcijs tiek audzēts tīru kristālu veidā krāsnīs un pēc tam sagriezts plāksnēs, kuru diametrs mūsdienās parasti ir 300 mm. Plāksnes virsma tiek oksidēta, veidojot silīcija dioksīda slāni. Viena no plāksnēm tiek bombardēta ar ūdeņraža atomiem līdz noteiktam dziļumam. Pēc tam abas plāksnītes tiek sakausētas vakuumā, un to oksīda slāņi savienojas viens ar otru. Montāža pārtrūkst pa ūdeņraža jonu implantācijas līniju. Pēc tam silīcija slānis plaisā tiek pulēts, galu galā atstājot plānu kristāliska Si slāni virs neskartās silīcija "roktura" plāksnītes, kas atrodas virs silīcija dioksīda slāņa. No šī plānā kristāliskā slāņa tiek veidoti viļņvadi. Lai gan šīs uz silīcija bāzes veidotās izolatora (SOI) plāksnītes ļauj izveidot mazzudumu silīcija fotonikas viļņvadus, tās faktiski biežāk tiek izmantotas mazjaudas CMOS shēmās, jo tās nodrošina zemu noplūdes strāvu.

Ir daudz iespējamu silīcija bāzes optisko viļņvadu formu, kā parādīts 2. attēlā. Tās ir no mikroskopiskiem ar germāniju leģētiem silīcija dioksīda viļņvadiem līdz nanomēroga silīcija stieples viļņvadiem. Sajaucot germāniju, ir iespējams iegūtfotodetektoriun elektriskā absorbcijamodulatoriun, iespējams, pat optiskos pastiprinātājus. Dopējot silīciju,optiskais modulatorsvar izgatavot. Apakšā no kreisās uz labo pusi ir: silīcija stieples viļņvads, silīcija nitrīda viļņvads, silīcija oksinitrīda viļņvads, bieza silīcija kores viļņvads, plāna silīcija nitrīda viļņvads un leģēts silīcija viļņvads. Augšpusē, no kreisās uz labo pusi, ir noplicināšanas modulatori, germānija fotodetektori un germānijaoptiskie pastiprinātāji.

2. attēls: Uz silīcija bāzes veidotas optiskās viļņvada sērijas šķērsgriezums, kurā parādīti tipiski izplatīšanās zudumi un refrakcijas koeficienti.