Цахиурт суурилсан оптоэлектроникийн хувьд цахиурын фотодетектор
Фото илрүүлэгчгэрлийн дохиог цахилгаан дохио болгон хувиргах, өгөгдөл дамжуулах хурд нэмэгдэхийн хэрээр цахиурт суурилсан оптоэлектроник платформтой нэгтгэсэн өндөр хурдны фотодетекторууд нь дараагийн үеийн мэдээллийн төвүүд болон харилцаа холбооны сүлжээнүүдийн гол түлхүүр болсон. Энэ нийтлэл нь цахиурт суурилсан германий (Ge эсвэл Si фотодетектор) дээр онцгойлон анхаарч дэвшилтэт өндөр хурдны фотодетекторуудын тоймыг өгөх болно.цахиурын фотодетекторууднэгдсэн оптоэлектроник технологийн хувьд .
Германиум нь цахиурын платформ дээр хэт улаан туяаны ойрын гэрлийг илрүүлэх сонирхол татахуйц материал юм, учир нь энэ нь CMOS процессуудтай нийцдэг бөгөөд харилцаа холбооны долгионы уртад маш хүчтэй шингээх чадвартай. Ge/Si фотодетекторын хамгийн түгээмэл бүтэц нь P ба N төрлийн мужуудын хооронд германий гацуур хавчуулагдсан тээглүүр диод юм.
Төхөөрөмжийн бүтэц 1-р зурагт ердийн босоо зүү Ge orФото илрүүлэгчбүтэц:
Үндсэн шинж чанарууд нь: цахиурын субстрат дээр ургадаг германий шингээгч давхарга; Цэнэглэгчийн p ба n контактуудыг цуглуулахад ашигладаг; Гэрлийг үр ашигтай шингээх долгион хөтлүүрийн холболт.
Эпитаксиаль өсөлт: Цахиур дээр өндөр чанартай германий ургамлыг ургуулах нь хоёр материалын 4.2% торны үл нийцэх байдлаас болж хэцүү байдаг. Хоёр үе шаттай өсөлтийн процессыг ихэвчлэн ашигладаг: бага температурт (300-400 ° C) буфер давхаргын өсөлт ба өндөр температурт (600 ° C-аас дээш) германий тунадас. Энэ арга нь торны таарахгүй байдлаас үүссэн утаснуудын мултралыг хянахад тусалдаг. 800-900°С-т ургасны дараах нэвчилт нь утаснуудын мултралын нягтыг 10^7 см^-2 хүртэл бууруулна. Гүйцэтгэлийн шинж чанарууд: Хамгийн дэвшилтэт Ge/Si PIN фото илрүүлэгч нь дараахь зүйлийг хийж чадна: хариу үйлдэл, 1550 нм-д > 0.8A /W; зурвасын өргөн, > 60 GHz; Харанхуй гүйдэл, -1 В хэвийх үед <1 мкА.
Цахиурт суурилсан оптоэлектроник платформуудтай нэгтгэх
-ийн нэгдэлөндөр хурдны фото илрүүлэгчцахиурт суурилсан оптоэлектроник платформ нь дэвшилтэт оптик дамжуулагч болон харилцан холболтыг идэвхжүүлдэг. Интеграцийн үндсэн хоёр арга нь дараах байдалтай байна: Урд талын интеграци (FEOL), фотодетектор ба транзистор нь цахиурын субстрат дээр нэгэн зэрэг үйлдвэрлэгдэж, өндөр температурт боловсруулалт хийх боломжтой боловч чипний талбайг эзэлдэг. Арын төгсгөлийн интеграци (BEOL). Фотодетекторууд нь CMOS-д саад учруулахгүйн тулд металлын дээд талд үйлдвэрлэгддэг боловч боловсруулалтын бага температурт хязгаарлагддаг.
Зураг 2: Өндөр хурдны Ge/Si фотодетекторын хариу үйлдэл ба зурвасын өргөн
Дата төвийн програм
Өндөр хурдны фотодетекторууд нь дараагийн үеийн мэдээллийн төвийн харилцан холболтын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Үндсэн хэрэглээнд: PAM-4 модуляцийг ашиглан 100G, 400G ба түүнээс дээш хурдтай оптик дамжуулагч; Аөндөр зурвасын өргөнтэй фотодетектор(>50 GHz) шаардлагатай.
Цахиурт суурилсан оптоэлектроник нэгдсэн хэлхээ: модулятор болон бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй детекторыг цул нэгтгэх; Авсаархан, өндөр хүчин чадалтай оптик хөдөлгүүр.
Тархсан архитектур: тархсан тооцоолол, хадгалалт, хадгалалтын хоорондох оптик холболт; Эрчим хүчний хэмнэлттэй, өндөр зурвасын өргөнтэй фотодетекторуудын эрэлт хэрэгцээг хангах.
Ирээдүйн хэтийн төлөв
Нэгдсэн оптоэлектроник өндөр хурдны фотодетекторуудын ирээдүй дараахь чиг хандлагыг харуулах болно.
Өгөгдлийн хурд өндөр: 800G болон 1.6T дамжуулагчийг хөгжүүлэх; 100 GHz-ээс их зурвасын өргөнтэй фото илрүүлэгч шаардлагатай.
Сайжруулсан интеграцчилал: III-V материал ба цахиурыг нэг чиптэй нэгтгэх; 3D интеграцийн дэвшилтэт технологи.
Шинэ материал: Хэт хурдан гэрлийг илрүүлэх хоёр хэмжээст материалыг (графен гэх мэт) судлах; Өргөтгөсөн долгионы уртыг хамрах зориулалттай IV бүлгийн шинэ хайлш.
Шинээр гарч ирж буй програмууд: LiDAR болон бусад мэдрэгчтэй програмууд нь APD-ийн хөгжлийг жолоодож байна; Шугаман чанар сайтай фото илрүүлэгч шаардлагатай бичил долгионы фотоны хэрэглээ.
Өндөр хурдны фотодетекторууд, ялангуяа Ge эсвэл Si фотодетекторууд нь цахиурт суурилсан оптоэлектроник болон дараагийн үеийн оптик холбооны гол хөшүүрэг болсон. Материал, төхөөрөмжийн дизайн, интеграцийн технологийн тасралтгүй дэвшил нь ирээдүйн дата төвүүд болон харилцаа холбооны сүлжээнүүдийн өсөн нэмэгдэж буй зурвасын өргөний эрэлтийг хангахад чухал ач холбогдолтой юм. Талбай үргэлжлэн хөгжихийн хэрээр бид илүү өндөр зурвасын өргөнтэй, дуу чимээ багатай, электрон болон фотоник хэлхээнүүдтэй тасралтгүй интеграцчилдаг фотодетекторуудыг харах болно гэж найдаж байна.
Шуудангийн цаг: 2025 оны 1-р сарын 20-ны хооронд