Цахиур дээр суурилсан оптоэлектроникийн хувьд цахиурын фотодетекторууд
Фото илрүүлэгчгэрлийн дохиог цахилгаан дохио болгон хувиргах, өгөгдөл дамжуулах хурд сайжирсаар байгаа тул цахиур дээр суурилсан оптоэлектроникийн платформуудтай нэгтгэсэн өндөр хурдны фотодетекторууд нь дараагийн үеийн өгөгдлийн төвүүд болон цахилгаан холбооны сүлжээнд гол түлхүүр болсон. Энэхүү нийтлэлд цахиур дээр суурилсан германий (Ge эсвэл Si фотодетектор)-д анхаарлаа хандуулсан дэвшилтэт өндөр хурдны фотодетекторуудын тоймыг өгөх болно.цахиурын фотодетекторууднэгдсэн оптоэлектроник технологийн хувьд.
Германи нь цахиурын платформ дээр хэт улаан туяаны гэрлийг илрүүлэхэд тохиромжтой материал юм. Учир нь энэ нь CMOS процессуудтай нийцтэй бөгөөд цахилгаан холбооны долгионы уртад маш хүчтэй шингээлттэй байдаг. Хамгийн түгээмэл Ge/Si фотодетекторын бүтэц нь зүү диод бөгөөд доторх германий нь P төрлийн ба N төрлийн бүсүүдийн хооронд хавчуулагдсан байдаг.
Төхөөрөмжийн бүтэц Зураг 1-т ердийн босоо зүү Ge эсвэл-г харуулав.Si фотодетекторбүтэц:
Үндсэн онцлог шинж чанарууд нь: цахиурын суурь дээр ургуулсан германий шингээгч давхарга; Цэнэг зөөгчдийн p ба n контактуудыг цуглуулахад ашигладаг; Гэрлийг үр ашигтай шингээх долгион хөтлүүрийн холболт.
Эпитаксиал өсөлт: Хоёр материалын хоорондох торны зөрүү 4.2%-иас шалтгаалан цахиур дээр өндөр чанартай германи ургуулах нь хүндрэлтэй байдаг. Хоёр үе шаттай өсөлтийн процессыг ихэвчлэн ашигладаг: бага температурт (300-400°C) буфер давхаргын өсөлт болон германи өндөр температурт (600°C-аас дээш) тунадасжих. Энэ арга нь торны зөрүүнээс үүдэлтэй урсгалын мултралыг хянахад тусалдаг. 800-900°C-д өсөлтийн дараах цэвэрлэгээ нь урсгалын мултралын нягтыг ойролцоогоор 10^7 см^-2 хүртэл бууруулдаг. Гүйцэтгэлийн шинж чанарууд: Хамгийн дэвшилтэт Ge/Si PIN фотодетектор нь дараахь зүйлийг хийж чадна: хариу үйлдэл үзүүлэх чадвар, 1550 нм-д > 0.8A /W; Зурвасын өргөн, >60 GHz; Харанхуй гүйдэл, -1 В хазайлттай үед <1 μA.
Цахиур дээр суурилсан оптоэлектроник платформуудтай интеграцчилал
Интеграци ньөндөр хурдны фотодетекторуудЦахиур дээр суурилсан оптоэлектроник платформууд нь дэвшилтэт оптик дамжуулагч болон холболтыг бий болгодог. Хоёр үндсэн интеграцийн арга нь дараах байдалтай байна: Урд талын интеграци (FEOL), фотодетектор болон транзисторыг цахиурын суурь дээр нэгэн зэрэг үйлдвэрлэдэг бөгөөд өндөр температурт боловсруулалт хийх боломжийг олгодог боловч чипийн талбайг эзэлдэг. Арын талын интеграци (BEOL). Фотодетекторуудыг CMOS-той хөндлөнгөөс оролцохоос зайлсхийхийн тулд металлын дээд талд үйлдвэрлэдэг боловч боловсруулалтын температурыг бууруулдаг.
Зураг 2: Өндөр хурдны Ge/Si фотодетекторын хариу үйлдэл ба зурвасын өргөн
Дата төвийн програм
Өндөр хурдны фотодетекторууд нь дараагийн үеийн өгөгдлийн төвийн холболтын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Үндсэн хэрэглээнд: PAM-4 модуляцийг ашигладаг 100G, 400G ба түүнээс дээш хурдтай оптик дамжуулагч; Aөндөр зурвасын өргөнтэй фотодетектор(>50 GHz) шаардлагатай.
Цахиур дээр суурилсан оптоэлектрон интеграл хэлхээ: детекторыг модулятор болон бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй цул интеграцчилал; Авсаархан, өндөр хүчин чадалтай оптик хөдөлгүүр.
Тархсан архитектур: тархсан тооцоолол, хадгалалт, хадгалалтын хоорондох оптик холболт; Эрчим хүчний хэмнэлттэй, өндөр зурвасын өргөнтэй фотодетекторын эрэлтийг нэмэгдүүлэх.
Ирээдүйн хэтийн төлөв
Интеграцчилагдсан оптоэлектроник өндөр хурдны фотодетекторуудын ирээдүй дараах чиг хандлагыг харуулах болно.
Өгөгдлийн өндөр хурд: 800G болон 1.6T дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн хөгжлийг хурдасгах; 100 GHz-ээс дээш зурвасын өргөнтэй фотодетектор шаардлагатай.
Сайжруулсан интеграци: III-V материал болон цахиурын нэг чип интеграци; Дэвшилтэт 3D интеграцийн технологи.
Шинэ материалууд: Хэт хурдан гэрлийг илрүүлэх зориулалттай хоёр хэмжээст материалыг (жишээлбэл, графен) судлах; Өргөтгөсөн долгионы урттай хамрах хүрээний шинэ IV бүлгийн хайлш.
Шинээр гарч ирж буй хэрэглээ: LiDAR болон бусад мэдрэгчийн хэрэглээ нь APD-ийн хөгжлийг хурдасгаж байна; Өндөр шугаман фотодетектор шаарддаг богино долгионы фотоны хэрэглээ.
Өндөр хурдны фотодетекторууд, ялангуяа Ge эсвэл Si фотодетекторууд нь цахиур дээр суурилсан оптоэлектроник болон дараагийн үеийн оптик холбооны гол хөдөлгөгч хүч болсон. Материал, төхөөрөмжийн дизайн, интеграцийн технологийн тасралтгүй дэвшил нь ирээдүйн өгөгдлийн төвүүд болон харилцаа холбооны сүлжээнүүдийн өсөн нэмэгдэж буй зурвасын өргөний шаардлагыг хангахад чухал ач холбогдолтой юм. Энэ салбар үргэлжлүүлэн хөгжихийн хэрээр бид илүү өндөр зурвасын өргөн, бага дуу чимээтэй, электрон болон фотоник хэлхээтэй жигд интеграцчилалтай фотодетекторуудыг харах болно гэж найдаж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 1-р сарын 20