Materijalni sustav fotonskih integriranih krugova (PIC).

Materijalni sustav fotonskih integriranih krugova (PIC).

Silicijska fotonika je disciplina koja koristi planarne strukture temeljene na silicijskim materijalima za usmjeravanje svjetlosti radi postizanja različitih funkcija. Ovdje se fokusiramo na primjenu silicijske fotonike u stvaranju odašiljača i prijamnika za komunikaciju optičkim vlaknima. Kako se povećava potreba za dodatnim prijenosom na danoj propusnosti, danom otisku i danom trošku, silicijska fotonika postaje ekonomski prihvatljivija. Za optički dio,tehnologija fotonske integracijemora se koristiti, a većina današnjih koherentnih primopredajnika izgrađena je korištenjem zasebnih modulatora LiNbO3/planarnog svjetlosnog valnog kruga (PLC) i InP/PLC prijamnika.

Slika 1: Prikazuje najčešće korištene materijalne sustave fotonskih integriranih krugova (PIC).

Slika 1 prikazuje najpopularnije sustave PIC materijala. S lijeva na desno su PIC na bazi silicija (također poznat kao PLC), izolator na bazi silicija (silicijska fotonika), litijev niobat (LiNbO3) i PIC grupe III-V, kao što su InP i GaAs. Ovaj se rad usredotočuje na fotoniku temeljenu na siliciju. Usilicijska fotonika, svjetlosni signal uglavnom putuje u siliciju, koji ima neizravni propusni pojas od 1,12 elektron volta (s valnom duljinom od 1,1 mikrona). Silicij se uzgaja u obliku čistih kristala u pećima i potom reže na pločice, koje su danas obično promjera 300 mm. Površina vafla je oksidirana i formira sloj silicijevog dioksida. Jedna od pločica bombardirana je atomima vodika do određene dubine. Dvije se pločice zatim spajaju u vakuumu, a njihovi se oksidni slojevi spajaju jedan s drugim. Sklop se lomi duž linije implantacije iona vodika. Sloj silicija na pukotini se zatim polira, ostavljajući na kraju tanki sloj kristalnog Si na vrhu netaknute silikonske pločice "ručke" na vrhu sloja silicija. Od ovog tankog kristalnog sloja formiraju se valovod. Dok ove izolacijske ploče na bazi silicija (SOI) omogućuju silicijeve fotoničke valovode s malim gubicima, zapravo se češće koriste u CMOS sklopovima male snage zbog niske struje curenja koju pružaju.

Postoje mnogi mogući oblici optičkih valovoda na bazi silicija, kao što je prikazano na slici 2. Oni se kreću od mikrorazmjernih valovoda dopiranih germanijem do nanorazmjernih valovoda od silicijske žice. Miješanjem germanija moguće je napravitifotodetektorii električna apsorpcijamodulatori, a možda čak i optička pojačala. Dopiranjem silicija, anoptički modulatormože se napraviti. Dolje slijeva na desno su: valovod od silicijske žice, valovod od silicij nitrida, valovod od silicija oksinitrida, valovod od debelog grebena silicija, valovod od tankog silicija nitrida i valovod od dopiranog silicija. Na vrhu, s lijeva na desno, su osiromašeni modulatori, germanijski fotodetektori i germanijoptička pojačala.

Slika 2: Poprečni presjek serije optičkih valovoda na bazi silicija, koji prikazuje tipične gubitke širenja i indekse loma.