სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკისთვის, სილიკონის ფოტომეტექტორებისთვის
ფოტოდეექტორებისინათლის სიგნალების ელექტრონულ სიგნალებად გადააქციეთ და რადგან მონაცემთა გადაცემის განაკვეთები აგრძელებს გაუმჯობესებას, მაღალსიჩქარიანი ფოტომეტექტორები, რომლებიც ინტეგრირებულია სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკის პლატფორმებთან, გახდა შემდეგი თაობის მონაცემთა ცენტრებისა და სატელეკომუნიკაციო ქსელების გასაღები. ამ სტატიაში მოცემულია მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორების მიმოხილვა, აქცენტი გაკეთებულია სილიკონზე დაფუძნებულ გერმანიუმზე (GE ან SI PhotodeTector)სილიკონის ფოტოდეექტორებიინტეგრირებული ოპტოელექტრონიკის ტექნოლოგიისთვის.
Germanium არის მიმზიდველი მასალა ინფრაწითელი სინათლის გამოვლენისთვის სილიკონის პლატფორმებზე, რადგან ის თავსებადია CMOS პროცესებთან და აქვს ძალიან ძლიერი შეწოვა სატელეკომუნიკაციო ტალღების სიგრძეზე. ყველაზე გავრცელებული GE/SI ფოტოდეტორის სტრუქტურა არის პინის დიოდი, რომლის დროსაც შინაგანი გერმანიუმი სენდვიჩდება p- ტიპის და N- ტიპის რეგიონებს შორის.
მოწყობილობის სტრუქტურა ფიგურა 1 გვიჩვენებს ტიპურ ვერტიკალურ პინს ანSI ფოტოდეტექტორისტრუქტურა:
ძირითადი მახასიათებლები მოიცავს: გერმანიუმის შთამნთქმელი ფენა, რომელიც გაიზარდა სილიკონის სუბსტრატზე; გამოიყენება P და N კონტაქტების შეგროვების მიზნით; ტალღოვანი დაწყვილება ეფექტური სინათლის შეწოვისთვის.
ეპიტაქსიური ზრდა: სილიკონზე მაღალი ხარისხის გერმანიუმის ზრდა რთულია ორ მასალას შორის 4.2% –იანი შეუსაბამობის გამო. ჩვეულებრივ გამოიყენება ორსაფეხურიანი ზრდის პროცესი: დაბალი ტემპერატურა (300-400 ° C) ბუფერული ფენის ზრდა და მაღალი ტემპერატურა (600 ° C- ზე ზემოთ) გერმანიუმის დეპონირება. ეს მეთოდი ხელს უწყობს ძაფების დისლოკაციების გაკონტროლებას, რომელიც გამოწვეულია ცხრილების შეუსაბამობებით. 800-900 ° C ტემპერატურაზე ზრდის შემდეგ კიდევ უფრო ამცირებს ძაფის დისლოკაციის სიმკვრივე დაახლოებით 10^7 სმ^-2. შესრულების მახასიათებლები: ყველაზე მოწინავე GE /SI PIN Photodetector- ს შეუძლია მიაღწიოს: რეაგირება,> 0.8A /W 1550 ნმ -ზე; გამტარობა,> 60 გჰც; მუქი დენი, <1 μA at -1 V მიკერძოება.
ინტეგრაცია სილიკონზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკის პლატფორმებთან
ინტეგრაციამაღალსიჩქარიანი ფოტოდექტორებისილიკონის დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკის პლატფორმებით საშუალებას იძლევა მოწინავე ოპტიკური გადამცემი და ურთიერთკავშირი. ინტეგრაციის ორი ძირითადი მეთოდი შემდეგია: წინა დონის ინტეგრაცია (FEOL), სადაც ფოტოდეტექტორი და ტრანზისტორი ერთდროულად იწარმოება სილიკონის სუბსტრატზე, რომელიც საშუალებას იძლევა მაღალი ტემპერატურის დამუშავება, მაგრამ იკავებს ჩიპების არეალს. უკანა ინტეგრაცია (BEOL). ფოტოდეექტორები იწარმოება ლითონის თავზე, რათა თავიდან აიცილოს CMO- ებში ჩარევა, მაგრამ შემოიფარგლება მხოლოდ დამუშავების ტემპერატურით.
სურათი 2: მაღალსიჩქარიანი GE/SI ფოტომოდექტორის პასუხისმგებლობა და სიჩქარეს
მონაცემთა ცენტრის პროგრამა
მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორები მთავარი კომპონენტია მონაცემთა ცენტრის ურთიერთკავშირში შემდეგი თაობის შემდეგ. ძირითადი პროგრამები მოიცავს: ოპტიკური გადამცემები: 100 გ, 400 გ და უფრო მაღალი განაკვეთები, PAM-4 მოდულაციის გამოყენებით; განუსაზღვრებამაღალი გამტარუნარიანობის ფოტოდეტექტორი(> 50 გჰც) საჭიროა.
სილიკონის დაფუძნებული ოპტოელექტრონული ინტეგრირებული წრე: დეტექტორის მონოლითური ინტეგრაცია მოდულატორთან და სხვა კომპონენტებთან; კომპაქტური, მაღალი ხარისხის ოპტიკური ძრავა.
განაწილებული არქიტექტურა: ოპტიკური ურთიერთკავშირი განაწილებულ გამოთვლას, შენახვასა და შენახვას შორის; ენერგოეფექტური, მაღალი გამტარუნარიანობის ფოტომეტექტორების მოთხოვნის მართვა.
სამომავლო პერსპექტივა
ინტეგრირებული ოპტოელექტრონული მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორების მომავალი აჩვენებს შემდეგ ტენდენციებს:
მონაცემთა უფრო მაღალი მაჩვენებლები: 800 გ და 1.6T გადამცემი განვითარების განვითარება; 100 გჰც -ზე მეტი სიჩქარის მქონე ფოტოდეტექტორები საჭიროა.
გაუმჯობესებული ინტეგრაცია: III-V მასალისა და სილიკონის ერთჯერადი ჩიპური ინტეგრაცია; მოწინავე 3D ინტეგრაციის ტექნოლოგია.
ახალი მასალები: ულტრაბგერითი შუქის გამოვლენისთვის ორგანზომილებიანი მასალების (მაგალითად, გრაფენი) შესწავლა; ახალი ჯგუფის IV შენადნობი გაფართოებული ტალღის სიგრძის გაშუქებისთვის.
განვითარებადი პროგრამები: ლიდარი და სხვა სენსორული პროგრამები ახდენენ APD– ს განვითარებას; მიკროტალღური ფოტონის პროგრამები, რომლებიც მოითხოვს მაღალი ხაზოვანი ფოტომოდეექტორებს.
მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექტორები, განსაკუთრებით GE ან SI ფოტოდეტექტორები, გახდა სილიკონის დაფუძნებული ოპტოელექტრონიკის და შემდეგი თაობის ოპტიკური კომუნიკაციების მთავარი მამოძრავებელი. მასალების, მოწყობილობების დიზაინისა და ინტეგრაციის ტექნოლოგიების მუდმივი მიღწევები მნიშვნელოვანია მომავალი მონაცემთა ცენტრებისა და სატელეკომუნიკაციო ქსელების მზარდი სიჩქარის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. ველი აგრძელებს განვითარებას, ჩვენ შეიძლება ველოდოთ, რომ ვნახოთ ფოტოდეტექტორები უფრო მაღალი სიჩქარით, ქვედა ხმაურით და ელექტრონულ და ფოტონურ სქემებთან უწყვეტი ინტეგრაციით.
პოსტის დრო: იან -20-2025