Silīcija bāzes optoelektronikai, silīcija fotodetektoriem
FotodetektoriPārvērtiet gaismas signālus elektriskos signālos, un, turpinot uzlaboties datu pārsūtīšanas ātrumam, ātrgaitas fotodetektori, kas integrēti ar silīcija bāzes optoelektronikas platformām, ir kļuvuši par nākamās paaudzes datu centriem un telekomunikāciju tīkliem. Šis raksts sniegs pārskatu par progresīviem ātrgaitas fotodetektoriem, uzsverot uz silīcija bāzes germāniju (GE vai SI fotodetektors)silīcija fotodetektoriintegrētai optoelektronikas tehnoloģijai.
Germānijs ir pievilcīgs materiāls gandrīz infrasarkanās gaismas noteikšanai uz silīcija platformām, jo tas ir savietojams ar CMOS procesiem, un tam ir ārkārtīgi spēcīga absorbcija telekomunikāciju viļņu garumā. Visizplatītākā GE/Si fotodetektora struktūra ir tapu diode, kurā iekšējais germānijs ir ieslēgts starp P-veida un N veida reģioniem.
Ierīces struktūra 1. attēlā parādīta tipiska vertikāla tapa vaiSi fotodetektorsstruktūra:
Galvenās iezīmes ir: germānija absorbējošais slānis, kas audzēts uz silīcija substrāta; Izmanto, lai savāktu P un N lādiņu nesēju kontaktus; Viļņvada savienojums efektīvai gaismas absorbcijai.
Epitaksiālais augšana: Augstas kvalitātes germānija silīcija ir izaicinoša, jo starp abiem materiāliem ir 4,2% režģa neatbilstība. Parasti tiek izmantots divpakāpju augšanas process: zemas temperatūras (300–400 ° C) bufera slāņa augšana un augstā temperatūra (virs 600 ° C) germānija nogulsnēšanās. Šī metode palīdz kontrolēt vītņu dislokācijas, ko izraisa režģa neatbilstības. Pēc izaugsmes atkvēlināšana 800-900 ° C temperatūrā vēl vairāk samazina vītņu dislokācijas blīvumu līdz aptuveni 10^7 cm^-2. Veiktspējas raksturlielumi: vismodernākais GE /SI PIN fotodetektors var sasniegt: reakcija,> 0,8A /W pie 1550 nm; Joslas platums,> 60 GHz; Tumšā strāva, <1 μA pie -1 V nobīdes.
Integrācija ar silīcija bāzes optoelektronikas platformām
Integrācijaātrgaitas fotodetektoriIzmantojot silīcija bāzes optoelektronikas platformas, ļauj uzlabot optiskos raiduztvērējus un starpsavienojumus. Divas galvenās integrācijas metodes ir šādas: front-end integrācija (FEOL), kur fotodetektors un tranzistors vienlaikus tiek ražoti uz silīcija substrāta, kas ļauj apstrādāt augstu temperatūru, bet uzņemot mikroshēmas zonu. Integrācija aizmugurē (BEOL). Fotodetektori tiek ražoti virs metāla, lai izvairītos no iejaukšanās CMO, bet ir ierobežoti ar zemāku apstrādes temperatūru.
2. attēls: ātrgaitas GE/SI fotodetektora reakcija un joslas platums
Datu centra lietojumprogramma
Ātrgaitas fotodetektori ir galvenā sastāvdaļa nākamās paaudzes datu centra starpsavienojumā. Galvenās lietojumprogrammas ietver: optiskos raiduztvērējus: 100 g, 400 g un augstākas likmes, izmantojot PAM-4 modulāciju; Izšķirtaugsta joslas platuma fotodetektors(> 50 GHz) ir nepieciešams.
Silīcija bāzes optoelektroniski integrētā shēma: detektora monolīta integrācija ar modulatoru un citām sastāvdaļām; Kompakts, augstas veiktspējas optiskais motors.
Izplatīta arhitektūra: optiskā savienošana starp sadalīto skaitļošanu, glabāšanu un glabāšanu; Vadīt pieprasījumu pēc energoefektīviem, augsta joslas platuma fotodetektoriem.
Nākotnes perspektīva
Integrēto optoelektronisko ātrgaitas fotodetektoru nākotne parādīs šādas tendences:
Augstāks datu pārraides ātrums: palielinot 800G un 1,6T raiduztvērēju attīstību; Nepieciešami fotodetektori ar joslas platumu, kas lielāks par 100 GHz.
Uzlabota integrācija: III-V materiāla un silīcija vienas mikroshēmas integrācija; Uzlabota 3D integrācijas tehnoloģija.
Jauni materiāli: divdimensiju materiālu (piemēram, grafēna) izpēte ultraātas gaismas noteikšanai; Jauns IV grupas sakausējums pagarināta viļņa garuma pārklājumam.
Jaunās lietojumprogrammas: LIDAR un citas sensoru lietojumprogrammas virza APD attīstību; Mikroviļņu fotonu pielietojumi, kuriem nepieciešama augsta linearitātes fotodetektori.
Ātrgaitas fotodetektori, īpaši GE vai SI fotodetektori, ir kļuvuši par galveno silīcija bāzes optoelektronikas un nākamās paaudzes optisko sakaru virzītāju. Turpmākie materiālu, ierīču dizaina un integrācijas tehnoloģiju turpmāki sasniegumi ir svarīgi, lai apmierinātu pieaugošās joslas platuma prasības nākotnes datu centros un telekomunikāciju tīklos. Laukam turpinot attīstīties, mēs varam sagaidīt, ka redzēsim fotodetektorus ar lielāku joslas platumu, zemāku troksni un bezšuvju integrāciju ar elektroniskām un fotoniskām shēmām.
Pasta laiks: Jan-20-2025