Fotoniese geïntegreerde stroombaan (PIC) materiaalstelsel
Silikonfotonika is 'n dissipline wat planêre strukture gebaseer op silikonmateriale gebruik om lig te rig om 'n verskeidenheid funksies te bereik. Ons fokus hier op die toepassing van silikonfotonika in die skep van senders en ontvangers vir veseloptiese kommunikasie. Namate die behoefte om meer transmissie teen 'n gegewe bandwydte, 'n gegewe voetspoor en 'n gegewe koste by te voeg, toeneem, word silikonfotonika meer ekonomies gesond. Vir die optiese deel,fotoniese integrasietegnologiemoet gebruik word, en die meeste koherente senders en -ontvangers word vandag gebou met behulp van aparte LiNbO3/planêre liggolfkring (PLC)-modulators en InP/PLC-ontvangers.
Figuur 1: Toon algemeen gebruikte fotoniese geïntegreerde stroombaan (PIC) materiaalstelsels.
Figuur 1 toon die gewildste PIC-materiaalstelsels. Van links na regs is silikon-gebaseerde silika PIC (ook bekend as PLC), silikon-gebaseerde isolator PIC (silikonfotonika), litiumniobaat (LiNbO3), en III-V groep PIC, soos InP en GaAs. Hierdie artikel fokus op silikon-gebaseerde fotonika. Insilikon fotonika, die ligsein beweeg hoofsaaklik in silikon, wat 'n indirekte bandgaping van 1.12 elektronvolt het (met 'n golflengte van 1.1 mikron). Silikon word in die vorm van suiwer kristalle in oonde gekweek en dan in wafers gesny, wat vandag tipies 300 mm in deursnee is. Die waferoppervlak word geoksideer om 'n silikalaag te vorm. Een van die wafers word met waterstofatome tot 'n sekere diepte gebombardeer. Die twee wafers word dan in 'n vakuum saamgesmelt en hul oksiedlae bind aan mekaar. Die samestelling breek langs die waterstofioon-inplantingslyn. Die silikonlaag by die kraak word dan gepoleer, wat uiteindelik 'n dun lagie kristallyne Si bo-op die intakte silikon-"handvatsel"-wafer bo-op die silikalaag laat. Golfgidse word uit hierdie dun kristallyne laag gevorm. Terwyl hierdie silikon-gebaseerde isolator (SOI) wafers lae-verlies silikon fotonika golfgidse moontlik maak, word hulle eintlik meer algemeen in lae-krag CMOS-stroombane gebruik as gevolg van die lae lekstroom wat hulle verskaf.
Daar is baie moontlike vorme van silikon-gebaseerde optiese golfgidse, soos getoon in Figuur 2. Hulle wissel van mikroskaal germanium-gedoteerde silika golfgidse tot nanoskaal Silikon Draad golfgidse. Deur germanium te meng, is dit moontlik om te maakfotodetektorsen elektriese absorpsiemodulators, en moontlik selfs optiese versterkers. Deur silikon te doteer, 'noptiese modulatorgemaak kan word. Onder van links na regs is: silikondraadgolfleier, silikonnitriedgolfleier, silikonoksinitriedgolfleier, dik silikonrifgolfleier, dun silikonnitriedgolfleier en gedoteerde silikongolfleier. Bo, van links na regs, is uitputtingsmodulators, germaniumfotodetektors en germaniumoptiese versterkers.
Figuur 2: Dwarssnit van 'n silikon-gebaseerde optiese golfgeleierreeks, wat tipiese voortplantingsverliese en brekingsindekse toon.
Plasingstyd: 15 Julie 2024