Ränifootonika aktiivne element

Ränifootonika aktiivne element

Footonika aktiivsed komponendid viitavad spetsiaalselt valguse ja aine vahelisele dünaamilisele interaktsioonile. Footonika tüüpiline aktiivne komponent on optiline modulaator. Kõik praegused ränipõhisedoptilised modulaatoridpõhineb plasmavaba kandja efektil. Ränimaterjali vabade elektronide ja aukude arvu muutmine dopingu, elektriliste või optiliste meetodite abil võib muuta selle keerulist murdumisnäitajat - protsessi, mis on näidatud võrrandites (1,2), mis on saadud Sorefi ja Bennetti andmete paigaldamisega 1550 nanomeetrist lainepikkusel. Võrreldes elektronidega põhjustavad augud suuremat osa tegelikust ja kujuteldavast murdumisnäitaja muutustest, see tähendab, et need võivad antud kaotuse muutuse jaoks põhjustada suurema faasimuutuse, nii et sisseMach-Zehnderi modulaatoridja rõngamodulaatorid, tavaliselt eelistatakse valmistamiseks auke kasutadafaasimodulaatorid.

ErinevadRäni (Si) modulaatorTüübid on näidatud joonisel 10A. Kandjasüstimise modulaatoris asub valgus sisemises ränides väga laia tihvti ristmikus ning süstitakse elektronid ja augud. Sellised modulaatorid on aga aeglasemad, tavaliselt ribalaiusega 500 MHz, kuna vabad elektronid ja augud võtavad pärast süstimist kauem aega. Seetõttu kasutatakse seda struktuuri sageli muutuva optilise summuti (VOA), mitte modulaatorina. Kandjas kahanemismodulaatoris asub valguse osa kitsas PN -ristmikul ja PN -ristmiku kahanemise laiust muudab rakendatud elektriväli. See modulaator võib töötada kiirusel üle 50 GB/s, kuid sellel on kõrge taustkaotus. Tüüpiline VPIL on 2 V-CM. Metalloksiidi pooljuht (MOS) (tegelikult pooljuhtide-oksiid-semikad) modulaator sisaldab PN-ristmikus õhukest oksiidi kihti. See võimaldab teatavat kandja kogunemist ja kandja kahanemist, võimaldades väiksemat Vπl umbes 0,2 V-CM, kuid sellel on kõrgema optilise kadu ja kõrgema mahtuvuse puuduseks. Lisaks on SigE elektrilise neeldumismodulaatorid, mis põhinevad SigE (räni germaaniumi sulamist) riba serva liikumisel. Lisaks on olemas grafeenimodulaatoreid, mis sõltuvad grafeenist absorbeerivate metallide ja läbipaistvate isolaatorite vahel. Need näitavad erinevate mehhanismide rakenduste mitmekesisust kiire ja madala kaotusega optilise signaali modulatsiooni saavutamiseks.

Joonis 10: (a) erinevate ränipõhiste optiliste modulaatori kujunduste ristlõikeskeem ja (b) optiliste detektori konstruktsioonide ristlõikeskeem.

Joonisel 10b on näidatud mitmed ränipõhised valgusetektorid. Imav materjal on germaanium (GE). GE on võimeline imama valgust lainepikkustel kuni umbes 1,6 mikronini. Vasakul näidatud on tänapäeval kõige äriliselt edukam PIN -i struktuur. See koosneb p-tüüpi legeeritud ränist, millel GE kasvab. GE ja SI -l on 4% võre sobimatus ja nihestamise minimeerimiseks kasvatatakse õhukese kihi sige kõigepealt puhverkihtina. N-tüüpi doping tehakse GE kihi ülaosas. Keskel on näidatud metalli-semoductor-metalli (MSM) fotodioodi ja APD (laviini fotodetektor) on näidatud paremal. APD laviini piirkond asub SI-s, millel on III-V grupi elementaarmaterjalide laviinipiirkonnaga võrreldes madalam müraomadused.

Praegu pole optilise võimenduse integreerimisel räni footonikaga ilmselgeid eeliseid. Joonis 11 näitab mitmeid võimalikke võimalusi, mis on korraldatud kokkupaneku tasemel. Vasakpoolsed on monoliitsed integratsioonid, mis hõlmavad epitaksiaalselt kasvatatud germaaniumi (GE) kasutamist optilise võimenduse materjalina, erbiumiga legeeritud (ER) klaasist lainejuhid (näiteks Al2O3, mis nõuab optilist pumpamist) ja epitaksiaalselt kasvatatud gallium arseniidi (GAAS) kvantpunaseid. Järgmine veerg on vahvli vahvli kokkupanek, hõlmates oksiidi ja orgaanilisi sidemeid III-V rühma võimenduspiirkonnas. Järgmine veerg on kiibist-wafer-komplekt, mis hõlmab III-V grupi kiibi manustamist räni vahvli õõnsusse ja seejärel töötlemist lainejuhi struktuuri. Selle kolme esimese veeru lähenemisviisi eeliseks on see, et seadet saab enne lõikamist täielikult vahvli sees testida. Parempoolne kolonn on kiibist kuni chip-koostud, sealhulgas ränilaastude otsene sidumine III-V rühmalaastudega, samuti objektiivi ja restide ühendamine. Kommertsrakenduste suundumus liigub paremalt diagrammi vasakule küljele integreeritud ja integreeritud lahenduste poole.

Joonis 11: Kuidas optiline võimendus integreeritakse ränipõhistesse footonitesse. Vasakult paremale liikudes liigub tootmise sisestuspunkt järk -järgult protsessis tagasi.