Для оптоэлектроники на основе кремния, кремниевых фотоприемников
ФотографииПреобразование световых сигналов в электрические сигналы, и по мере того, как скорости передачи данных продолжают улучшаться, высокоскоростные фотоспункты, интегрированные с оптоэлектроническими платформами на основе кремния, стали ключом к центрам обработки данных следующего поколения и телекоммуникационными сетями. В этой статье будет представлен обзор продвинутых высокоскоростных фотоприемников с акцентом на германия на основе кремния (GE или SI Photodetector)Кремниевые фотоприемникиДля интегрированной технологии оптоэлектроники.
Германия является привлекательным материалом для обнаружения ближнего инфракрасного света на кремниевых платформах, поскольку он совместим с процессами CMOS и имеет чрезвычайно сильное поглощение на длинах волн телекоммуникации. Наиболее распространенной структурой фотоприемника GE/SI является контактный диод, в котором внутренний германий зажат между областями P-типа и N-типа.
Структура устройства на рисунке 1 показывает типичный вертикальный штифт GE илиSI ФотографистСтруктура:
Основные особенности включают: германский поглощающий слой, выращенный на кремниевой субстрате; Используется для сбора контактов с P и N заряда; Волновой муфты для эффективного поглощения света.
Эпитаксиальный рост: выращивание высокого качества Германия на кремнии является сложным из -за несоответствия решетки 4,2% между двумя материалами. Обычно используется двухэтапный процесс роста: низкая температура (300-400 ° C) рост буферного слоя и высокая температура (выше 600 ° C) осаждение германии. Этот метод помогает контролировать дислокации резьбы, вызванные несоответствиями решетки. Отжиг после роста при 800-900 ° C еще больше уменьшает плотность дислокации резьбов примерно до 10^7 см^-2. Характеристики производительности: самый продвинутый фотоприемник GE /SI может достичь: отзывчивость,> 0,8a /w при 1550 нм; Пропускная способность,> 60 ГГц; Темный ток, <1 мкА при смещении -1 В.
Интеграция с оптоэлектроническими платформами на основе кремния
ИнтеграцияВысокоскоростные фотоприемникиБлагодаря кремниевым оптоэлектроническим платформам обеспечивает расширенные оптические приемопередатчики и взаимосвязи. Два основных метода интеграции заключаются в следующем: Интеграция фронта (FEOL), где фотоприемник и транзистор одновременно изготавливаются на кремниевой подложке, что позволяет выполнять высокотемпературную обработку, но поднимать область чипа. Бэк-энда интеграция (BEOL). Фотографии производятся поверх металла, чтобы избежать помех в CMO, но ограничены более низкими температурами обработки.
Рисунок 2: Отзывчивость и пропускная способность высокоскоростного фотоприемника GE/SI
Приложение центра обработки данных
Высокоскоростные фотоприемники являются ключевым компонентом в связи с соединением центра обработки данных. Основные приложения включают в себя: оптические приемопередатчики: 100G, 400G и более высокие показатели, с использованием модуляции PAM-4; АВысокая полоса пропускания фотоприемник(> 50 ГГц) требуется.
Оптоэлектронная интегрированная цепь на основе кремния: монолитная интеграция детектора с модулятором и другими компонентами; Компактный, высокопроизводительный оптический двигатель.
Распределенная архитектура: оптическая взаимосвязь между распределенными вычислениями, хранением и хранением; Выполнение спроса на энергоэффективные фотоодекторы с высокой пропускной способностью.
Будущий перспективы
Будущее интегрированных оптоэлектронных высокоскоростных фотоодекторов покажет следующие тенденции:
Более высокие показатели передачи данных: управление разработкой 800 г и 1,6 Т. Требуются фоторедерки с полосой пропускания, более 100 ГГц.
Улучшенная интеграция: единая интеграция чипа материала и кремния III-V; Усовершенствованная технология 3D интеграции.
Новые материалы: изучение двухмерных материалов (таких как графен) для выявления сверхбыстрой света; Новый сплав группы IV для расширенного покрытия длины волны.
Новые приложения: LiDAR и другие чувствительные приложения стимулируют разработку APD; Приложения для микроволновых фотонов, требующие высокой линейности фотоприемников.
Высокоскоростные фотоприемники, особенно фотоодекторы GE или SI, стали ключевым фактором оптической связи на основе кремния и оптической связи следующего поколения. Продолжающиеся достижения в области материалов, проектирования устройств и интеграции важны для удовлетворения растущих требований пропускной способности будущих центров обработки данных и телекоммуникационных сетей. По мере того, как поле продолжает развиваться, мы можем ожидать, что фотосессии с более высокой пропускной способностью, более низким шумом и беспроблемной интеграцией с электронными и фотонными схемами.
Время сообщения: 20-2025 января