ფოტონური ინტეგრირებული სქემის (PIC) მატერიალური სისტემა

ფოტონური ინტეგრირებული სქემის (PIC) მატერიალური სისტემა

სილიკონის ფოტონიკა არის დისციპლინა, რომელიც იყენებს სილიკონის მასალებზე დაფუძნებულ ბრტყელ სტრუქტურებს სინათლის მიმართულების მიზნით, სხვადასხვა ფუნქციის მისაღწევად. აქ ჩვენ ყურადღებას ვამახვილებთ სილიკონის ფოტონიკის გამოყენებაზე ბოჭკოვანი ოპტიკური კომუნიკაციებისთვის გადამცემებისა და მიმღებების შექმნაში. მოცემული გამტარუნარიანობის, მოცემული ფართობისა და მოცემული ღირებულების გათვალისწინებით, სილიკონის ფოტონიკა უფრო ეკონომიკურად გამართლებული ხდება. ოპტიკური ნაწილისთვის,ფოტონური ინტეგრაციის ტექნოლოგიაუნდა იქნას გამოყენებული და დღესდღეობით კოჰერენტული გადამცემ-მიმღებების უმეტესობა აგებულია ცალკეული LiNbO3/ბრტყელი სინათლის ტალღის წრედის (PLC) მოდულატორების და InP/PLC მიმღებების გამოყენებით.

სურათი 1: გვიჩვენებს ხშირად გამოყენებულ ფოტონური ინტეგრირებული სქემის (PIC) მასალის სისტემებს.

სურათი 1 გვიჩვენებს ყველაზე პოპულარულ PIC მასალის სისტემებს. მარცხნიდან მარჯვნივ არის სილიციუმზე დაფუძნებული სილიციუმის PIC (ასევე ცნობილი როგორც PLC), სილიციუმზე დაფუძნებული იზოლატორი PIC (სილიციუმის ფოტონიკა), ლითიუმის ნიობატი (LiNbO3) და III-V ჯგუფის PIC, როგორიცაა InP და GaAs. ეს ნაშრომი ფოკუსირებულია სილიციუმზე დაფუძნებულ ფოტონიკაზე.სილიკონის ფოტონიკა, სინათლის სიგნალი ძირითადად სილიციუმში გადადის, რომელსაც აქვს 1.12 ელექტრონ ვოლტის არაპირდაპირი ზოლური უფსკრული (1.1 მიკრონის ტალღის სიგრძით). სილიციუმი სუფთა კრისტალების სახით იზრდება ღუმელებში და შემდეგ იჭრება ვაფლებად, რომლებიც დღეს, როგორც წესი, 300 მმ დიამეტრისაა. ვაფლის ზედაპირი იჟანგება სილიციუმის ფენის წარმოსაქმნელად. ერთ-ერთი ვაფლი გარკვეულ სიღრმეზე იბომბება წყალბადის ატომებით. შემდეგ ორი ვაფლი ვაკუუმში ერწყმის და მათი ოქსიდის ფენები ერთმანეთს უკავშირდება. შეკრება იშლება წყალბადის იონის იმპლანტაციის ხაზის გასწვრივ. ბზართან არსებული სილიციუმის ფენა შემდეგ იპრიალება, საბოლოოდ კი სილიციუმის ფენის თავზე ხელუხლებელი სილიციუმის „სახელურის“ ვაფლის თავზე კრისტალური Si-ის თხელი ფენა რჩება. ტალღის გამტარები ამ თხელი კრისტალური ფენისგან წარმოიქმნება. მიუხედავად იმისა, რომ სილიციუმზე დაფუძნებული იზოლატორის (SOI) ეს ვაფლები დაბალი დანაკარგის მქონე სილიციუმის ფოტონიკური ტალღის გამტარების შესაძლებლობას იძლევა, ისინი სინამდვილეში უფრო ხშირად გამოიყენება დაბალი სიმძლავრის CMOS სქემებში, მათ მიერ წარმოქმნილი დაბალი გაჟონვის დენის გამო.

სილიკონზე დაფუძნებული ოპტიკური ტალღგამტარების მრავალი შესაძლო ფორმა არსებობს, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში. ისინი მოიცავს მიკრომასშტაბიან გერმანიუმით დოპირებულ სილიციუმის ტალღგამტარებს ნანომასშტაბიან სილიციუმის მავთულის ტალღგამტარებამდე. გერმანიუმის შერევით შესაძლებელიაფოტოდეტექტორებიდა ელექტრო შთანთქმამოდულატორებიდა შესაძლოა ოპტიკური გამაძლიერებლებიც კი. სილიციუმის დოპინგის საშუალებით,ოპტიკური მოდულატორიშეიძლება დამზადდეს. ქვედა ნაწილში მარცხნიდან მარჯვნივ არის: სილიციუმის მავთულის ტალღსადენი, სილიციუმის ნიტრიდის ტალღსადენი, სილიციუმის ოქსინიტრიდის ტალღსადენი, სქელი სილიციუმის ქედის ტალღსადენი, თხელი სილიციუმის ნიტრიდის ტალღსადენი და დოპირებული სილიციუმის ტალღსადენი. ზედა ნაწილში, მარცხნიდან მარჯვნივ, არის გამოფიტვის მოდულატორები, გერმანიუმის ფოტოდეტექტორები და გერმანიუმისოპტიკური გამაძლიერებლები.

სურათი 2: სილიკონზე დაფუძნებული ოპტიკური ტალღგამტარების სერიის განივი კვეთა, რომელიც აჩვენებს ტიპურ გავრცელების დანაკარგებს და გარდატეხის მაჩვენებლებს.