Eileamaid ghnìomhach fotonaics silicon

Eileamaid ghnìomhach fotonaics silicon

Tha co-phàirtean gnìomhach fotonaig a’ toirt iomradh gu sònraichte air eadar-obrachaidhean fiùghantach a chaidh a dhealbhadh a dh’aona ghnothach eadar solas agus stuth. Is e moduladair optigeach co-phàirt gnìomhach àbhaisteach de fotonaig. Tha a h-uile co-phàirt stèidhichte air silicon gnàthachmoduladairean optaigeachstèidhichte air buaidh giùlan saor plasma. Faodaidh atharrachadh àireamh nan dealanan saor agus nan tuill ann an stuth silicon le bhith a’ cleachdadh dhòighean dopaidh, dealain no optigeach an clàr-amais ath-tharraingeach iom-fhillte aige atharrachadh, pròiseas a chithear ann an co-aontaran (1,2) a fhuaireadh le bhith a’ freagairt dàta bho Soref agus Bennett aig tonn-fhaid de 1550 nanometers. An coimeas ri dealanan, bidh tuill ag adhbhrachadh cuibhreann nas motha de na h-atharrachaidhean clàr-amais ath-tharraingeach fìor agus mac-meanmnach, is e sin, faodaidh iad atharrachadh ìre nas motha a thoirt gu buil airson atharrachadh call sònraichte, agus mar sin ann anModuladairean Mach-Zehnderagus moduladairean fàinne, mar as trice is fheàrr tuill a chleachdadh gus an dèanamhmoduladairean ìre.

Na diofarmoduladair sileacon (Si)Tha na seòrsaichean air an sealltainn ann am Figear 10A. Ann am moduladair stealladh giùlain, tha solas suidhichte ann an silicon intreach taobh a-staigh snaim prìne glè fharsaing, agus tha dealanan agus tuill air an stealladh a-steach. Ach, tha moduladairean mar sin nas slaodaiche, mar as trice le leud-bann de 500 MHz, leis gu bheil dealanan agus tuill an-asgaidh a’ toirt nas fhaide gus ath-chur còmhla às deidh an stealladh. Mar sin, thathas gu tric a’ cleachdadh an structar seo mar lughdachadh optigeach caochlaideach (VOA) seach moduladair. Ann am moduladair crìonadh giùlain, tha am pàirt solais suidhichte ann an snaim pn cumhang, agus tha leud crìonadh a’ snaim pn air atharrachadh le raon dealain a chaidh a chuir an sàs. Faodaidh am moduladair seo obrachadh aig astaran os cionn 50Gb/s, ach tha call cuir a-steach cùl-fhiosrachaidh àrd aige. Is e 2 V-cm an vpil àbhaisteach. Tha sreath tana ocsaid ann am moduladair leth-chonnsachaidh meatailt ocsaid (MOS) (gu dearbh leth-chonnsachaidh-ocsaid-leth-chonnsachaidh) ann an snaim pn. Leigidh e le beagan cruinneachadh giùlain a bharrachd air crìonadh giùlain, a’ leigeil le VπL nas lugha de mu 0.2 V-cm, ach tha ana-cothrom ann le call optigeach nas àirde agus comas nas àirde gach aonad faid. A bharrachd air an sin, tha moduladairean gabhail dealain SiGe ann stèidhichte air gluasad oir còmhlan SiGe (aloi silicon Germanium). A bharrachd air an sin, tha moduladairean graphene ann a tha an urra ri graphene gus gluasad eadar meatailtean gabhail a-steach agus inslitheoirí follaiseach. Tha iad sin a’ sealltainn iomadachd thagraidhean diofar dhòighean gus modulachadh comharran optigeach aig astar luath, le call ìosal a choileanadh.

Figear 10: (A) Diagram thar-roinneil de dhiofar dhealbhaidhean moduladair optaigeach stèidhichte air silicon agus (B) diagram thar-roinneil de dhealbhaidhean lorgaire optaigeach.

Tha grunn lorgairean solais stèidhichte air silicon air an sealltainn ann am Figear 10B. Is e germanium (Ge) an stuth a tha a’ gabhail a-steach solas. Tha Ge comasach air solas a ghabhail a-steach aig tonnan-fada sìos gu timcheall air 1.6 micron. Air an taobh chlì chithear an structar prìne as soirbheachaile gu malairteach an-diugh. Tha e air a dhèanamh suas de silicon le dopadh seòrsa-P air a bheil Ge a’ fàs. Tha mì-cho-fhreagarrachd lattice 4% aig Ge agus Si, agus gus an dì-ghluasad a lughdachadh, thèid sreath tana de SiGe fhàs an toiseach mar shreath bufair. Thèid dopadh seòrsa-N a dhèanamh air mullach sreath Ge. Tha fotodiode meatailt-leth-sheoltaiche-meatailt (MSM) air a shealltainn sa mheadhan, agus APD (Lorgaire-sneachda-sneachda) air a shealltainn air an làimh dheis. Tha an roinn maoim-sneachda ann an APD suidhichte ann an Si, aig a bheil feartan fuaim nas ìsle an taca ris an roinn maoim-sneachda ann an stuthan eileamaideach Buidheann III-V.

An-dràsta, chan eil fuasglaidhean ann le buannachdan follaiseach ann a bhith ag amalachadh buannachd optigeach le fotonaigs sileaconach. Tha Figear 11 a’ sealltainn grunn roghainnean a dh’ fhaodadh a bhith ann air an eagrachadh a rèir ìre cruinneachaidh. Air an taobh chlì tha amalachaidhean monolithach anns a bheil cleachdadh germanium (Ge) air a fhàs gu epitaxial mar stuth buannachd optigeach, treòraichean tonn glainne le doping erbium (Er) (leithid Al2O3, a dh’ fheumas pumpadh optigeach), agus dotagan cuantamach gallium arsenide (GaAs) air am fàs gu epitaxial. Is e an ath cholbh cruinneachadh wafer gu wafer, anns a bheil ceangal ocsaid agus organach ann an roinn buannachd buidhne III-V. Is e an ath cholbh cruinneachadh chip-gu-wafer, a tha a’ toirt a-steach a bhith a’ leagail a’ chip buidhne III-V a-steach do chuas a’ wafer sileaconach agus an uairsin a’ innealachadh structar an treòraiche tonn. Is e buannachd na ciad trì colbhan seo gum faodar an inneal a dhearbhadh gu h-iomlan taobh a-staigh a’ wafer mus tèid a ghearradh. Is e an colbh air an làimh dheis cruinneachadh chip-gu-chip, a’ gabhail a-steach ceangal dìreach de chips sileaconach ri chips buidhne III-V, a bharrachd air ceangal tro luchd-ceangail lionsa agus grating. Tha an gluasad a dh’ionnsaigh thagraidhean malairteach a’ gluasad bhon taobh cheart chun taobh chlì den chairt a dh’ionnsaigh fuasglaidhean nas aonaichte agus nas aonaichte.

Figear 11: Mar a tha buannachd optaigeach air a thoirt a-steach do fotonaig stèidhichte air silicon. Mar a ghluaiseas tu bho chlì gu deas, bidh am puing cuir a-steach saothrachaidh mean air mhean a’ gluasad air ais sa phròiseas.