Untuk optoelektronik berasaskan silikon, pengesan foto silikon
Pengesan fotomenukar isyarat cahaya kepada isyarat elektrik, dan apabila kadar pemindahan data terus bertambah baik, pengesan foto berkelajuan tinggi yang disepadukan dengan platform optoelektronik berasaskan silikon telah menjadi kunci kepada pusat data dan rangkaian telekomunikasi generasi akan datang. Artikel ini akan memberikan gambaran keseluruhan pengesan foto berkelajuan tinggi termaju, dengan penekanan pada germanium berasaskan silikon (Ge atau Si fotodetektor)pengesan foto silikonuntuk teknologi optoelektronik bersepadu.
Germanium ialah bahan menarik untuk pengesanan cahaya inframerah dekat pada platform silikon kerana ia serasi dengan proses CMOS dan mempunyai penyerapan yang sangat kuat pada panjang gelombang telekomunikasi. Struktur fotodetektor Ge/Si yang paling biasa ialah diod pin, di mana germanium intrinsik diapit di antara kawasan jenis P dan jenis N.
Struktur peranti Rajah 1 menunjukkan pin menegak biasa Ge atauPengesan fotostruktur:
Ciri-ciri utama termasuk: lapisan penyerap germanium yang ditanam pada substrat silikon; Digunakan untuk mengumpul p dan n kenalan pembawa caj; Gandingan pandu gelombang untuk penyerapan cahaya yang cekap.
Pertumbuhan epitaxial: Menanam germanium berkualiti tinggi pada silikon adalah mencabar kerana 4.2% ketidakpadanan kekisi antara kedua-dua bahan. Proses pertumbuhan dua langkah biasanya digunakan: suhu rendah (300-400°C) pertumbuhan lapisan penampan dan suhu tinggi (melebihi 600°C) pemendapan germanium. Kaedah ini membantu mengawal kehelan benang yang disebabkan oleh ketidakpadanan kekisi. Penyepuhlindapan selepas pertumbuhan pada 800-900°C seterusnya mengurangkan ketumpatan kehelan benang kepada kira-kira 10^7 cm^-2. Ciri-ciri prestasi: Pengesan foto PIN Ge/Si yang paling canggih boleh mencapai: responsif, > 0.8A /W pada 1550 nm; Lebar Jalur,>60 GHz; Arus gelap, <1 μA pada pincang -1 V.
Integrasi dengan platform optoelektronik berasaskan silikon
Penyepaduan daripadapengesan foto berkelajuan tinggidengan platform optoelektronik berasaskan silikon membolehkan transceiver optik termaju dan saling bersambung. Dua kaedah penyepaduan utama adalah seperti berikut: Penyepaduan hujung hadapan (FEOL), di mana pengesan foto dan transistor dibuat secara serentak pada substrat silikon yang membolehkan pemprosesan suhu tinggi, tetapi mengambil kawasan cip. Penyepaduan hujung belakang (BEOL). Pengesan foto dihasilkan di atas logam untuk mengelakkan gangguan dengan CMOS, tetapi terhad kepada suhu pemprosesan yang lebih rendah.
Rajah 2: Responsif dan lebar jalur pengesan foto Ge/Si berkelajuan tinggi
Aplikasi pusat data
Pengesan foto berkelajuan tinggi adalah komponen utama dalam generasi akan datang bagi sambungan pusat data. Aplikasi utama termasuk: transceiver optik :100G, 400G dan kadar yang lebih tinggi, menggunakan modulasi PAM-4; Apengesan foto jalur lebar tinggi(>50 GHz) diperlukan.
Litar bersepadu optoelektronik berasaskan silikon: penyepaduan monolitik pengesan dengan modulator dan komponen lain; Enjin optik yang padat dan berprestasi tinggi.
Seni bina teragih: interkoneksi optik antara pengkomputeran teragih, storan dan storan; Memacu permintaan untuk pengesan foto yang cekap tenaga dan lebar jalur tinggi.
Tinjauan masa depan
Masa depan pengesan foto berkelajuan tinggi optoelektronik bersepadu akan menunjukkan arah aliran berikut:
Kadar data yang lebih tinggi: Memacu pembangunan transceiver 800G dan 1.6T; Pengesan foto dengan lebar jalur lebih daripada 100 GHz diperlukan.
Penyepaduan yang lebih baik: Penyepaduan cip tunggal bahan III-V dan silikon; Teknologi penyepaduan 3D lanjutan.
Bahan baharu: Meneroka bahan dua dimensi (seperti graphene) untuk pengesanan cahaya ultrapantas; Aloi Kumpulan IV baharu untuk liputan panjang gelombang lanjutan.
Aplikasi baru muncul: LiDAR dan aplikasi penderiaan lain memacu pembangunan APD; Aplikasi foton gelombang mikro yang memerlukan pengesan foto lineariti tinggi.
Pengesan foto berkelajuan tinggi, terutamanya pengesan foto Ge atau Si, telah menjadi pemacu utama optoelektronik berasaskan silikon dan komunikasi optik generasi akan datang. Kemajuan berterusan dalam bahan, reka bentuk peranti dan teknologi penyepaduan adalah penting untuk memenuhi permintaan lebar jalur yang semakin meningkat bagi pusat data dan rangkaian telekomunikasi masa hadapan. Memandangkan bidang ini terus berkembang, kami boleh mengharapkan untuk melihat pengesan foto dengan lebar jalur yang lebih tinggi, hingar yang lebih rendah dan penyepaduan lancar dengan litar elektronik dan fotonik.
Masa siaran: Jan-20-2025