Vir silikon-gebaseerde opto-elektronika, silikon fotodetektors
Fotodetektorsskakel ligseine om in elektriese seine, en namate data-oordragspoede aanhou verbeter, het hoëspoed-fotodetektors wat geïntegreer is met silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms, die sleutel geword tot volgende-generasie datasentrums en telekommunikasienetwerke. Hierdie artikel sal 'n oorsig gee van gevorderde hoëspoed-fotodetektors, met die klem op silikon-gebaseerde germanium (Ge- of Si-fotodetektor)silikon fotodetektorsvir geïntegreerde opto-elektroniese tegnologie.
Germanium is 'n aantreklike materiaal vir nabye infrarooi ligdeteksie op silikonplatforms omdat dit versoenbaar is met CMOS-prosesse en uiters sterk absorpsie by telekommunikasiegolflengtes het. Die mees algemene Ge/Si-fotodetektorstruktuur is die pendiode, waarin die intrinsieke germanium tussen die P-tipe en N-tipe streke ingeklem is.
Toestelstruktuur Figuur 1 toon 'n tipiese vertikale pen Ge ofSi fotodetektorstruktuur:
Die hoofkenmerke sluit in: germanium-absorberende laag gekweek op silikon substraat; Gebruik om p- en n-kontakte van ladingsdraers te versamel; Golfgeleierkoppeling vir doeltreffende ligabsorpsie.
Epitaksiale groei: Die kweek van hoë kwaliteit germanium op silikon is uitdagend as gevolg van die 4.2% roosterwanpassing 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 draadontwrigtings wat deur roosterwanpassings veroorsaak word, te beheer. Na-groei gloeiing by 800-900°C verminder die draadontwrigtingsdigtheid verder tot ongeveer 10^7 cm^-2. Prestasie-eienskappe: Die mees gevorderde Ge/Si PIN fotodetektor kan die volgende bereik: responsiwiteit, > 0.8A /W teen 1550 nm; Bandwydte, >60 GHz; Donkerstroom, <1 μA teen -1 V vooroordeel.
Integrasie met silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms
Die integrasie vanhoëspoed-fotodetektorsMet silikon-gebaseerde opto-elektroniese platforms word gevorderde optiese senders en interkonneksies moontlik gemaak. Die twee hoofintegrasiemetodes is soos volg: Voorste integrasie (FEOL), waar die fotodetektor en transistor gelyktydig op 'n silikonsubstraat vervaardig word wat hoëtemperatuurverwerking moontlik maak, maar skyfie-area opneem. Agterste integrasie (BEOL). Fotodetektors word bo-op die metaal vervaardig om interferensie met CMOS te vermy, maar is beperk tot laer verwerkingstemperature.
Figuur 2: Responsiwiteit en bandwydte van 'n hoëspoed Ge/Si-fotodetektor
Datasentrumtoepassing
Hoëspoed-fotodetektors is 'n sleutelkomponent in die volgende generasie datasentrum-interkonneksie. Belangrikste toepassings sluit in: optiese sender-ontvangers: 100G, 400G en hoër tariewe, met behulp van PAM-4-modulasie; Ahoë bandwydte fotodetektor(>50 GHz) word vereis.
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 berekening, berging en berging; Die dryfkrag vir energie-doeltreffende, hoëbandwydte-fotodetektors.
Toekomstige vooruitsigte
Die toekoms van geïntegreerde opto-elektroniese hoëspoed-fotodetektors sal die volgende tendense toon:
Hoër datatempo's: Dryf die ontwikkeling van 800G- en 1.6T-senders en -ontvangers aan; Fotodetektors met bandwydtes groter as 100 GHz word benodig.
Verbeterde integrasie: Enkelskyfie-integrasie van III-V-materiaal en silikon; Gevorderde 3D-integrasietegnologie.
Nuwe materiale: Verkenning van tweedimensionele materiale (soos grafeen) vir ultrasnelle ligdeteksie; 'n Nuwe Groep IV-legering vir uitgebreide golflengtedekking.
Opkomende toepassings: LiDAR en ander sensortoepassings dryf die ontwikkeling van APD aan; Mikrogolffotontoepassings wat hoë lineariteit fotodetektors vereis.
Hoëspoed-fotodetektors, veral Ge- of Si-fotodetektors, het 'n sleuteldrywer van silikon-gebaseerde opto-elektronika en volgende-generasie optiese kommunikasie geword. 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 fotodetektors met hoër bandwydte, laer geraas en naatlose integrasie met elektroniese en fotoniese stroombane te sien.
Plasingstyd: 20 Januarie 2025