Sistem bahan litar bersepadu fotonik (PIC).

Sistem bahan litar bersepadu fotonik (PIC).

Fotonik silikon ialah disiplin yang menggunakan struktur planar berdasarkan bahan silikon untuk mengarahkan cahaya untuk mencapai pelbagai fungsi. Kami memberi tumpuan di sini pada aplikasi fotonik silikon dalam mencipta pemancar dan penerima untuk komunikasi gentian optik. Memandangkan keperluan untuk menambah lebih banyak penghantaran pada lebar jalur tertentu, jejak tertentu, dan peningkatan kos tertentu, fotonik silikon menjadi lebih baik dari segi ekonomi. Untuk bahagian optik,teknologi integrasi fotonikmesti digunakan, dan kebanyakan transceiver koheren hari ini dibina menggunakan modulator litar gelombang cahaya (PLC) LiNbO3/ planar dan penerima InP/PLC yang berasingan.

Rajah 1: Menunjukkan sistem bahan litar bersepadu fotonik (PIC) yang biasa digunakan.

Rajah 1 menunjukkan sistem bahan PIC yang paling popular. Dari kiri ke kanan ialah PIC silika berasaskan silikon (juga dikenali sebagai PLC), PIC penebat berasaskan silikon (fotonik silikon), litium niobate (LiNbO3), dan PIC kumpulan III-V, seperti InP dan GaAs. Kertas kerja ini memberi tumpuan kepada fotonik berasaskan silikon. Dalamfotonik silikon, isyarat cahaya terutamanya bergerak dalam silikon, yang mempunyai jurang jalur tidak langsung 1.12 volt elektron (dengan panjang gelombang 1.1 mikron). Silikon ditanam dalam bentuk kristal tulen dalam relau dan kemudian dipotong menjadi wafer, yang hari ini biasanya berdiameter 300 mm. Permukaan wafer dioksidakan untuk membentuk lapisan silika. Salah satu wafer dihujani dengan atom hidrogen pada kedalaman tertentu. Kedua-dua wafer kemudiannya disatukan dalam vakum dan lapisan oksidanya terikat antara satu sama lain. Perhimpunan terputus sepanjang garisan implantasi ion hidrogen. Lapisan silikon pada retakan kemudiannya digilap, akhirnya meninggalkan lapisan nipis kristal Si di atas wafer "pemegang" silikon utuh di atas lapisan silika. Waveguides terbentuk daripada lapisan kristal nipis ini. Walaupun wafer penebat berasaskan silikon (SOI) ini membolehkan pandu gelombang fotonik silikon kehilangan rendah, ia sebenarnya lebih biasa digunakan dalam litar CMOS berkuasa rendah kerana arus bocor yang rendah yang mereka sediakan.

Terdapat banyak kemungkinan bentuk pandu gelombang optik berasaskan silikon, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Ia terdiri daripada pandu gelombang silika terdop germanium skala nano kepada pandu gelombang Silicon Wire skala nano. Dengan mengadun germanium, boleh dibuatpengesan fotodan penyerapan elektrikmodulator, dan mungkin juga penguat optik. Dengan doping silikon, anmodulator optikboleh dibuat. Bahagian bawah dari kiri ke kanan ialah: pandu gelombang dawai silikon, pandu gelombang silikon nitrida, pandu gelombang silikon oksinitrida, pandu gelombang rabung silikon tebal, pandu gelombang silikon nitrida nipis dan pandu gelombang silikon terdop. Di bahagian atas, dari kiri ke kanan, terdapat modulator penyusutan, pengesan foto germanium dan germaniumpenguat optik.

Rajah 2: Keratan rentas siri pandu gelombang optik berasaskan silikon, menunjukkan kehilangan perambatan tipikal dan indeks biasan.