Vir silikon-gebaseerde opto-elektronika, silikonfotodetektore
FotodetektoreOmskep ligseine in elektriese seine, en namate data-oordragkoerse steeds verbeter, het hoëspoed-fotodetektore wat geïntegreer is met silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms, die sleutel tot die volgende generasie datasentrums en telekommunikasienetwerke geword. Hierdie artikel bied 'n oorsig van gevorderde hoëspoed-fotodetektore, met die klem op silikongebaseerde Germanium (GE of SI Photodetector)silikonfotodetektoreVir geïntegreerde opto -elektroniese tegnologie.
Germanium is 'n aantreklike materiaal vir byna infrarooi ligopsporing op silikonplatforms omdat dit versoenbaar is met CMOS -prosesse en 'n buitengewone sterk absorpsie het by die golflengtes van die telekommunikasie. Die mees algemene GE/SI-fotodetektorstruktuur is die pendiode, waarin die intrinsieke Germanium tussen die P-tipe en N-tipe streke gekombineer word.
Toestelstruktuur Figuur 1 toon 'n tipiese vertikale pen ge ofSi fotodetektorstruktuur:
Die belangrikste kenmerke sluit in: Germaniumabsorberende laag wat op silikon -substraat gekweek word; Gebruik om P- en N -kontakte van ladingsdraers te versamel; Golfleierkoppeling vir doeltreffende ligabsorpsie.
Epitaksiale groei: Groei van hoë gehalte Germanium op silikon is uitdagend as gevolg van die 4,2% -rooster -wanverhouding tussen die twee materiale. 'N Twee-stap-groeiproses word gewoonlik gebruik: lae temperatuur (300-400 ° C) bufferlaaggroei en hoë temperatuur (bo 600 ° C) afsetting van germanium. Hierdie metode help om die ontwrigting van die draad te beheer wat veroorsaak word deur rooster -wanaanpassings. Na-groeiende uitgloeiing by 800-900 ° C verminder die draad van die draad van die draad verder tot ongeveer 10^7 cm^-2. Prestasie -eienskappe: Die mees gevorderde GE /SI -pin -fotodetektor kan bereik: responsiwiteit,> 0.8A /W by 1550 nm; Bandwydte,> 60 GHz; Donker stroom, <1 μA by -1 V vooroordeel.
Integrasie met silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms
Die integrasie vanhoë snelheid fotodetektoreMet silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms maak dit gevorderde optiese transceivers en interkonnekte moontlik. Die twee belangrikste integrasie-metodes is soos volg: Front-end Integration (FEOL), waar die fotodetektor en transistor terselfdertyd op 'n silikon-substraat vervaardig word, wat die verwerking van hoë temperatuur moontlik maak, maar die chiparea opneem. Back-end Integration (BEOL). Fotodetektore word bo -op die metaal vervaardig om interferensie met CMO's te vermy, maar is beperk tot laer verwerkingstemperature.
Figuur 2: Responsiwiteit en bandwydte van 'n hoëspoed GE/SI-fotodetektor
Datasentrumaansoek
Hoëspoed fotodetektore is 'n sleutelkomponent in die volgende generasie datasentrum-interkonneksie. Hooftoepassings sluit in: optiese transceivers: 100G, 400G en hoër tariewe, met behulp van PAM-4-modulasie; NHoë bandwydte fotodetektor(> 50 GHz) is nodig.
Silikon-gebaseerde opto-elektroniese geïntegreerde stroombaan: monolitiese integrasie van detektor met modulator en ander komponente; 'N Kompakte, hoëprestasie-optiese enjin.
Verspreide argitektuur: optiese interkonneksie tussen verspreide rekenaar-, berging en berging; Die vraag na energie-effektiewe fotodetektore met 'n hoë bandwydte te dryf.
Toekomstige vooruitsigte
Die toekoms van geïntegreerde opto-elektroniese hoëspoed-fotodetektore sal die volgende neigings toon:
Hoër datatariewe: die ontwikkeling van 800G en 1,6T -transceivers; Fotodetektore met bandwydtes groter as 100 GHz is nodig.
Verbeterde integrasie: enkele chip-integrasie van III-V materiaal en silikon; Gevorderde 3D -integrasie -tegnologie.
Nuwe materiale: die ondersoek van tweedimensionele materiale (soos grafeen) vir ultra-vinnige ligopsporing; 'N Nuwe groep IV -legering vir verlengde golflengte -dekking.
Opkomende toepassings: LiDAR- en ander waarnemingsaansoeke dryf die ontwikkeling van APD; Mikrogolffoton -toepassings wat hoë lineariteit fotodetektore benodig.
Hoë-snelheid fotodetektore, veral GE- of SI-fotodetektore, het 'n belangrike drywer geword van silikon-gebaseerde opto-elektronika en die volgende generasie optiese kommunikasie. Voortgesette vooruitgang in materiale, toestelontwerp en integrasietegnologieë is belangrik om aan die groeiende bandwydte -eise van toekomstige datasentrums en telekommunikasienetwerke te voldoen. Namate die veld aanhou ontwikkel, kan ons verwag om fotodetektore met hoër bandwydte, laer geraas en naatlose integrasie met elektroniese en fotoniese stroombane te sien.
Postyd: Jan-20-2025