ფოტონიკური ინტეგრირებული მიკროსქემის (PIC) მატერიალური სისტემა

ფოტონიკური ინტეგრირებული მიკროსქემის (PIC) მატერიალური სისტემა

სილიკონის ფოტონიკა არის დისციპლინა, რომელიც იყენებს სილიკონის მასალებზე დაფუძნებულ პლანტურ სტრუქტურებს, რათა მიმართოს შუქს სხვადასხვა ფუნქციების მისაღწევად. ჩვენ აქ ყურადღებას ვამახვილებთ სილიკონის ფოტონიკის გამოყენებაზე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციებისთვის გადამცემებისა და მიმღებების შესაქმნელად. რამდენადაც საჭიროა მეტი გადაცემის დამატება მოცემულ სიჩქარეზე, მოცემული კვალი და მოცემული ღირებულება იზრდება, სილიციუმის ფოტონიკა უფრო ეკონომიკურად გამართული ხდება. ოპტიკური ნაწილისთვის,ფოტონიკური ინტეგრაციის ტექნოლოგიაუნდა იქნას გამოყენებული და დღეს ყველაზე თანმიმდევრული გადამცემები აგებულია ცალკე LiNbO3/ პლანური სინათლის ტალღის წრედის მოდულატორებისა და InP/PLC მიმღების გამოყენებით.

სურათი 1: გვიჩვენებს საყოველთაოდ გამოყენებულ ფოტონიკური ინტეგრირებული მიკროსქემის (PIC) მასალის სისტემებს.

სურათი 1 გვიჩვენებს PIC მასალების ყველაზე პოპულარულ სისტემებს. მარცხნიდან მარჯვნივ არის სილიკონზე დაფუძნებული სილიციუმის PIC (ასევე ცნობილია როგორც PLC), სილიციუმის დაფუძნებული იზოლატორი PIC (სილიციუმის ფოტონიკა), ლითიუმის ნიობატი (LiNbO3) და III-V ჯგუფის PIC, როგორიცაა InP და GaAs. ეს ნაშრომი ყურადღებას ამახვილებს სილიკონზე დაფუძნებულ ფოტონიკაზე. Inსილიკონის ფოტონიკასინათლის სიგნალი ძირითადად მოძრაობს სილიკონში, რომელსაც აქვს არაპირდაპირი ზოლის უფსკრული 1,12 ელექტრონ ვოლტი (ტალღის სიგრძით 1,1 მიკრონი). სილიკონი იზრდება სუფთა კრისტალების სახით ღუმელებში და შემდეგ იჭრება ვაფლებად, რომელთა დიამეტრი დღეს ჩვეულებრივ 300 მმ-ია. ვაფლის ზედაპირი იჟანგება სილიციუმის ფენის წარმოქმნით. ერთ-ერთი ვაფლი დაბომბულია წყალბადის ატომებით გარკვეულ სიღრმეზე. შემდეგ ორი ვაფლი ერწყმის ვაკუუმში და მათი ოქსიდის ფენები ერთმანეთს უერთდება. შეკრება იშლება წყალბადის იონის იმპლანტაციის ხაზის გასწვრივ. ნაპრალის სილიკონის ფენა შემდეგ პრიალდება, საბოლოოდ ტოვებს კრისტალური Si-ს თხელ ფენას ხელუხლებელი სილიკონის „სახელურის“ ვაფლის თავზე, სილიციუმის ფენის თავზე. ამ თხელი კრისტალური ფენისგან წარმოიქმნება ტალღების გამტარები. მიუხედავად იმისა, რომ სილიკონზე დაფუძნებული იზოლატორის (SOI) ვაფლები შესაძლებელს ხდის სილიციუმის ფოტონიკის დაბალი დანაკარგის ტალღების გამტარებს, ისინი რეალურად უფრო ხშირად გამოიყენება დაბალი სიმძლავრის CMOS სქემებში, მათ მიერ გაჟონვის დაბალი დენის გამო.

არსებობს სილიკონზე დაფუძნებული ოპტიკური ტალღების მრავალი შესაძლო ფორმა, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2. ისინი მერყეობს მიკრომასშტაბიანი გერმანიუმის დოპირებული სილიციუმის ტალღების გამტარებიდან ნანომასშტაბიანი სილიკონის მავთულის ტალღების გამტარებამდე. გერმანიუმის შერევით შესაძლებელია დამზადებაფოტოდეტექტორებიდა ელექტრო შთანთქმისმოდულატორებიდა შესაძლოა ოპტიკური გამაძლიერებლებიც კი. სილიკონის დოპინგით, აოპტიკური მოდულატორიშეიძლება გაკეთდეს. ქვედა მარცხნიდან მარჯვნივ არის: სილიკონის მავთულის ტალღის გამტარი, სილიციუმის ნიტრიდის ტალღის გამტარი, სილიციუმის ოქსინიტრიდის ტალღის გამტარი, სქელი სილიკონის ქედის ტალღის გამტარი, თხელი სილიკონის ნიტრიდის ტალღის გამტარი და დოპირებული სილიკონის ტალღის გამტარი. ზევით, მარცხნიდან მარჯვნივ, არის ამოწურვის მოდულატორები, გერმანიუმის ფოტოდეტექტორები და გერმანიუმიოპტიკური გამაძლიერებლები.

სურათი 2: სილიკონზე დაფუძნებული ოპტიკური ტალღების სერიის განივი კვეთა, რომელიც აჩვენებს ტიპიურ გავრცელების დანაკარგებს და რეფრაქციულ ინდექსებს.