Untuk optoelektronik berasaskan silikon, photodetector silikon (fotodetektor SI)

Untuk optoelektronik berasaskan silikon, photodetector silikon

PhotodetectorsMenukar isyarat cahaya ke dalam isyarat elektrik, dan apabila kadar pemindahan data terus bertambah baik, photodetectors berkelajuan tinggi yang diintegrasikan dengan platform optoelektronik berasaskan silikon telah menjadi kunci kepada pusat data generasi akan datang dan rangkaian telekomunikasi. Artikel ini akan memberikan gambaran mengenai photodetector berkelajuan tinggi yang maju, dengan penekanan pada germanium berasaskan silikon (photodetector GE atau SI)Photodetectors silikonuntuk teknologi optoelektronik bersepadu.

Germanium adalah bahan yang menarik untuk pengesanan cahaya inframerah berhampiran pada platform silikon kerana ia serasi dengan proses CMOS dan mempunyai penyerapan yang sangat kuat pada panjang gelombang telekomunikasi. Struktur photodetector GE/SI yang paling biasa adalah diod pin, di mana germanium intrinsik diapit di antara kawasan p-jenis dan N-jenis.

Struktur peranti Rajah 1 menunjukkan pin menegak biasa atauSi PhotodetectorStruktur:

Ciri -ciri utama termasuk: Germanium menyerap lapisan yang ditanam pada substrat silikon; Digunakan untuk mengumpul P dan N kenalan pembawa caj; Gandingan gelombang untuk penyerapan cahaya yang cekap.

Pertumbuhan Epitaxial: Germanium berkualiti tinggi pada silikon mencabar kerana ketidakcocokan kekisi 4.2% antara kedua -dua bahan. Proses pertumbuhan dua langkah biasanya digunakan: Suhu rendah (300-400 ° C) Pertumbuhan lapisan penampan dan suhu tinggi (di atas 600 ° C) pemendapan germanium. Kaedah ini membantu mengawal dislokasi threading yang disebabkan oleh ketidakcocokan kekisi. Penyepuh pasca pertumbuhan pada 800-900 ° C seterusnya mengurangkan ketumpatan dislokasi thread kepada kira-kira 10^7 cm^-2. Ciri -ciri prestasi: photodetector GE /SI yang paling maju boleh mencapai: respons,> 0.8A /W pada 1550 nm; Jalur lebar,> 60 GHz; Arus gelap, <1 μA pada -1 V bias.

Integrasi dengan platform optoelektronik berasaskan silikon

IntegrasiPhotodetectors berkelajuan tinggiDengan platform optoelectronics berasaskan silikon membolehkan transceiver dan interkoneksi optik maju. Kedua-dua kaedah integrasi utama adalah seperti berikut: Integrasi Front-End (Feol), di mana photodetector dan transistor secara serentak dihasilkan pada substrat silikon yang membolehkan pemprosesan suhu tinggi, tetapi mengambil kawasan cip. Integrasi Back-end (BEOL). Photodetectors dihasilkan di atas logam untuk mengelakkan gangguan dengan CMOS, tetapi terhad kepada suhu pemprosesan yang lebih rendah.

Rajah 2: Responsif dan jalur lebar photodetector GE/SI berkelajuan tinggi

Aplikasi pusat data

Fotodetektor berkelajuan tinggi adalah komponen utama dalam interkoneksi pusat data generasi akan datang. Aplikasi utama termasuk: transceiver optik: 100g, 400g dan kadar yang lebih tinggi, menggunakan modulasi PAM-4; Aphotodetector jalur lebar yang tinggi(> 50 GHz) diperlukan.

Litar bersepadu optoelektronik berasaskan silikon: integrasi monolitik pengesan dengan modulator dan komponen lain; Enjin optik yang padat, berprestasi tinggi.

Senibina yang diedarkan: interkoneksi optik antara pengkomputeran, penyimpanan, dan penyimpanan yang diedarkan; Memandu permintaan untuk fotodetektor jalur lebar yang cekap tenaga, tinggi.

Prospek masa depan

Masa depan photodetector berkelajuan tinggi optoelektronik bersepadu akan menunjukkan trend berikut:

Kadar data yang lebih tinggi: Memandu pembangunan 800g dan 1.6T transceiver; Photodetectors dengan jalur lebar yang lebih besar daripada 100 GHz diperlukan.

Integrasi yang lebih baik: Integrasi cip tunggal bahan III-V dan silikon; Teknologi Integrasi 3D Lanjutan.

Bahan baru: Meneroka bahan dua dimensi (seperti graphene) untuk pengesanan cahaya ultrafast; Aloi kumpulan IV baru untuk liputan panjang gelombang yang dilanjutkan.

Aplikasi yang muncul: LiDAR dan aplikasi penderiaan lain memacu pembangunan APD; Aplikasi foton gelombang mikro yang memerlukan photodetectors linearity yang tinggi.

Photodetectors berkelajuan tinggi, terutamanya photodetectors GE atau SI, telah menjadi pemacu utama optoelektronik berasaskan silikon dan komunikasi optik generasi akan datang. Kemajuan yang berterusan dalam bahan, reka bentuk peranti, dan teknologi integrasi adalah penting untuk memenuhi tuntutan jalur lebar yang semakin meningkat bagi pusat data masa depan dan rangkaian telekomunikasi. Apabila bidang terus berkembang, kita boleh mengharapkan untuk melihat photodetectors dengan jalur lebar yang lebih tinggi, bunyi yang lebih rendah, dan integrasi lancar dengan litar elektronik dan fotonik.