Airson optoelectronics stèidhichte air silicon, lorgairean-foto silicon
Lorgairean dealbhana’ tionndadh comharran solais gu comharran dealain, agus mar a bhios ìrean gluasaid dàta a’ sìor leasachadh, tha lorgairean-foto àrd-astar a tha air an amalachadh le àrd-ùrlaran optoelectronics stèidhichte air silicon air fàs gu bhith na phrìomh rud ann an ionadan dàta agus lìonraidhean cian-chonaltraidh an ath ghinealaich. Bheir an artaigil seo sealladh farsaing air lorgairean-foto àrd-astar adhartach, le cuideam air germanium stèidhichte air silicon (lorgaire-foto Ge no Si)lorgairean-foto siliconairson teicneòlas optoelectronics amalaichte.
Tha gearmànium na stuth tarraingeach airson lorg solais faisg air infridhearg air àrd-ùrlaran sileacon leis gu bheil e co-chòrdail ri pròiseasan CMOS agus gu bheil gabhail a-steach làidir aige aig tonnan-fada cian-chonaltraidh. Is e an diode prìne an structar lorgaire-foto Ge/Si as cumanta, anns a bheil an gearmànium nàdarrach air a cheangal eadar na roinnean seòrsa-P agus seòrsa-N.
Structar an inneil Tha Figear 1 a’ sealltainn prìne inghearach àbhaisteach Ge noLorgaire-foto Sistructar:
Tha na prìomh fheartan a’ gabhail a-steach: còmhdach a tha a’ gabhail a-steach gearmànium air fhàs air fo-strat silicon; air a chleachdadh gus ceanglaichean p is n de luchd-giùlain cosgais a chruinneachadh; ceangal treòraiche-tonn airson gabhail a-steach solais èifeachdach.
Fàs epitaxial: Tha e dùbhlanach germanium àrd-inbhe fhàs air silicon air sgàth an neo-cho-fhreagarrachd 4.2% eadar an dà stuth. Mar as trice bithear a’ cleachdadh pròiseas fàis dà-cheum: fàs sreath bufair aig teòthachd ìosal (300-400°C) agus tasgadh germanium aig teòthachd àrd (os cionn 600°C). Bidh an dòigh seo a’ cuideachadh le bhith a’ cumail smachd air dì-ghluasadan snàthainn air adhbhrachadh le neo-cho-fhreagarrachd lattice. Bidh annealing às dèidh fàis aig 800-900°C a’ lughdachadh dùmhlachd dì-ghluasad an t-snàthainn gu timcheall air 10^7 cm^-2. Feartan coileanaidh: Faodaidh an lorgaire-foto Ge/Si PIN as adhartaiche a choileanadh: freagairteachd, > 0.8A /W aig 1550 nm; Leud-bann, >60 GHz; Sruth dorcha, <1 μA aig claonadh -1 V.
Amalachadh le àrd-ùrlaran optoelectronics stèidhichte air silicon
Amalachadhlorgairean-foton àrd-astarle àrd-ùrlaran optoelectronics stèidhichte air silicon a’ comasachadh transceivers optaigeach adhartach agus eadar-cheanglaichean. Is iad seo an dà phrìomh dhòigh amalachaidh: Amalachadh aghaidh-deireadh (FEOL), far a bheil an lorgaire-foton agus an transistor air an dèanamh aig an aon àm air fo-strat silicon a leigeas le giullachd aig teòthachd àrd, ach a’ gabhail suas farsaingeachd sliseag. Amalachadh cùil-deireadh (BEOL). Tha lorgairean-foton air an dèanamh air mullach a’ mheatailt gus casg a chuir air bacadh le CMOS, ach tha iad cuingealaichte ri teòthachdan giullachd nas ìsle.
Figear 2: Freagairteachd agus leud-bann lorgaire-foto Ge/Si aig astar luath
Iarrtas ionad dàta
Tha lorgairean-foto àrd-astar nam prìomh phàirt den ath ghinealach de cheangal ionadan dàta. Am measg nam prìomh thagraidhean tha: tar-chuirichean optaigeach: 100G, 400G agus ìrean nas àirde, a’ cleachdadh modulachadh PAM-4; Alorgaire-foton leud-bann àrdTha feum air (>50 GHz).
Cuairt amalaichte optoelectronic stèidhichte air silicon: amalachadh monolithach de lorgaire le moduladair agus co-phàirtean eile; Einnsean optigeach teann, àrd-choileanaidh.
Ailtireachd sgaoilte: eadar-cheangal optaigeach eadar coimpiutaireachd sgaoilte, stòradh, agus stòradh; A’ stiùireadh an iarrtas airson lorgairean-foton èifeachdach a thaobh lùtha, le leud-bann àrd.
Sealladh san àm ri teachd
Seallaidh àm ri teachd luchd-lorgaidh foto-dhealbhan àrd-astar optoelectronic amalaichte na gluasadan a leanas:
Ìrean dàta nas àirde: A’ brosnachadh leasachadh luchd-gluasaid 800G agus 1.6T; Tha feum air lorgairean-foton le leud-bann nas motha na 100 GHz.
Amalachadh nas fheàrr: Amalachadh aon-sliseag de stuth III-V agus silicon; Teicneòlas amalachaidh 3D adhartach.
Stuthan ùra: A’ sgrùdadh stuthan dà-thaobhach (leithid grafein) airson lorg solais aig astar fìor luath; aloidh ùr Buidheann IV airson còmhdach tonn-fhaid leudaichte.
Tagraidhean a tha a’ tighinn am bàrr: Tha LiDAR agus tagraidhean mothachaidh eile a’ stiùireadh leasachadh APD; tagraidhean foton meanbh-thonn a dh’ fheumas lorgairean-foto àrd-loidhneachd.
Tha lorgairean-foton àrd-astar, gu h-àraidh lorgairean-foton Ge no Si, air a bhith nam prìomh dhraibhear airson optoelectronics stèidhichte air silicon agus conaltradh optaigeach an ath ghinealaich. Tha adhartasan leantainneach ann an stuthan, dealbhadh innealan, agus teicneòlasan amalachaidh cudromach gus coinneachadh ri iarrtasan leud-bann a tha a’ sìor fhàs airson ionadan dàta agus lìonraidhean cian-chonaltraidh san àm ri teachd. Mar a bhios an raon a’ sìor leasachadh, is urrainn dhuinn a bhith an dùil ri lorgairean-foton fhaicinn le leud-bann nas àirde, fuaim nas ìsle, agus amalachadh gun fhiosta le cuairtean dealanach agus fotonach.
Àm puist: 20 Faoilleach 2025