Za optoelektroniku na bazi silicija, silikonski fotodetektori (SI Photodetector)

Za optoelektroniku na bazi silicija, silikonski fotodetektori

FotodetektoriPretvorite svjetlosne signale u električne signale, a kako se brzine prijenosa podataka i dalje poboljšavaju, fotodetektori velike brzine integrirani s platformama optoelektronike utemeljene na silicijumu postale su ključne za podatkovne centre i telekomunikacijske mreže sljedeće generacije. Ovaj će članak pružiti pregled naprednih brzih fotodetektora, s naglaskom na germanij na bazi silicija (GE ili SI Photodetector)silikonski fotodetektoriZa integriranu tehnologiju optoelektrone.

Germanij je atraktivan materijal za gotovo infracrveno otkrivanje svjetla na silikonskim platformama jer je kompatibilan s CMOS procesima i ima izuzetno jaku apsorpciju na telekomunikacijskim valnim duljinama. Najčešća ge/si fotodetektorska struktura je pin dioda, u kojoj je unutarnji germanij u sendviča između p-tipa i regije N-tipa.

Struktura uređaja Slika 1 prikazuje tipičan vertikalni pin iliSI fotodetektorstruktura:

Glavne značajke uključuju: sloj koji apsorbira germanij koji se uzgaja na silikonskoj podlozi; Koristi se za prikupljanje P i N kontakata nosača naboja; Spajanje valovoda za učinkovitu apsorpciju svjetlosti.

Epitaksijski rast: Rast germanij visokog kvaliteta na silicijum je izazovan zbog 4,2% neusklađenosti rešetke između dva materijala. Obično se koristi postupak rasta u dva koraka: niska temperatura (300-400 ° C) rast sloja pufera i visoka temperatura (iznad 600 ° C) taloženje germanija. Ova metoda pomaže u kontroli dislokacija navoja uzrokovanih neusklađenim rešetkama. Žarenje nakon rasta na 800-900 ° C dodatno smanjuje gustoću dislokacije navoda na oko 10^7 cm^-2. Karakteristike performansi: Najnapredniji GE /SI PIN fotodetektor može postići: reaktivnost,> 0,8A /W na 1550 nm; Širina pojasa,> 60 GHz; Tamna struja, <1 μA pri odjavi -1 V.

Integracija s platformama optoelektronike utemeljena na silicijumu

Integracijafotodetektori velike brzineSa silicijskim platformama optoelektronike omogućuje napredne optičke primopredajne i međusobno povezane. Dvije glavne metode integracije su sljedeće: Front-End Integration (FEOL), gdje se fotodetektor i tranzistor istovremeno proizvode na silicijskoj supstrat koji omogućava obradu visokih temperatura, ali zauzima područje čipa. Back-end integracija (BOOL). Fotodetektori se proizvode na vrhu metala kako bi se izbjegle smetnje u CMOS, ali su ograničeni na niže temperature prerade.

Slika 2: Odzivnost i širina pojasa velikog broja GE/SI fotodetektor

Aplikacija podatkovnog centra

Fotodetektori velike brzine ključna su komponenta u sljedećoj generaciji međusobnog povezivanja podatkovnog centra. Glavne aplikacije uključuju: optički primopredajnik: 100 g, 400 g i veće stope, koristeći PAM-4 modulaciju; Afotodetektor visoke propusnosti(> 50 GHz) je potrebno.

Optoelektronski integrirani krug na bazi silicija: monolitna integracija detektora s modulatorom i drugim komponentama; Kompaktan, optički motor visokih performansi.

Distribuirana arhitektura: optička međusobna povezanost između distribuiranog računarstva, pohrane i pohrane; Pokretanje potražnje za energetski učinkovitim fotodetektorima visoke propusne širine.

Budući izgledi

Budućnost integriranih optoelektronskih fotodetektora velike brzine prikazat će sljedeće trendove:

Veće stope podataka: pokretanje razvoja 800G i 1,6T primopredajnika; Potrebni su fotodetektori s propusnim širinama većim od 100 GHz.

Poboljšana integracija: Integracija pojedinačnog čipa III-V materijala i silicija; Napredna tehnologija 3D integracije.

Novi materijali: Istraživanje dvodimenzionalnih materijala (poput grafena) za ultra brzo otkrivanje svjetlosti; Nova legura grupe IV za pokrivanje produžene valne duljine.

Primjene u nastajanju: Lidar i druge senzorske aplikacije pokreću razvoj APD -a; Primjene mikrovalnog fotona koji zahtijevaju fotodetektore visoke linearnosti.

Fotodetektori velike brzine, posebno GE ili SI fotodetektori, postali su ključni pokretač optoelektronike i optičke komunikacije sljedeće generacije. Kontinuirani napredak u materijalima, dizajnu uređaja i integracijskim tehnologijama važni su za ispunjavanje rastućih zahtjeva propusnosti budućih podataka i telekomunikacijskih mreža. Kako se polje i dalje razvija, možemo očekivati ​​da ćemo vidjeti fotodetektore s većom propusnošću, nižim bukom i bešavnom integracijom s elektroničkim i fotonskim krugovima.