Para sa optoelectronics nga nakabase sa silicon, mga silicon photodetector (Si photodetector)

Para sa optoelectronics nga nakabase sa silicon, mga silicon photodetector

Mga photodetectorpag-convert sa mga signal sa kahayag ngadto sa mga signal sa kuryente, ug samtang ang mga rate sa pagbalhin sa datos nagpadayon sa pag-uswag, ang mga high-speed photodetector nga gihiusa sa mga plataporma sa optoelectronics nga nakabase sa silicon nahimong yawe sa sunod nga henerasyon nga mga sentro sa datos ug mga network sa telekomunikasyon. Kini nga artikulo maghatag usa ka kinatibuk-ang pagtan-aw sa mga abante nga high-speed photodetector, nga adunay gibug-aton sa germanium nga nakabase sa silicon (Ge o Si photodetector).mga photodetector nga siliconpara sa integrated optoelectronics nga teknolohiya.

Ang Germanium usa ka madanihon nga materyal alang sa near infrared light detection sa mga plataporma sa silicon tungod kay kini compatible sa mga proseso sa CMOS ug adunay kusog kaayo nga pagsuhop sa mga wavelength sa telekomunikasyon. Ang labing komon nga istruktura sa Ge/Si photodetector mao ang pin diode, diin ang intrinsic germanium nahimutang taliwala sa mga rehiyon sa P-type ug N-type.

Ang istruktura sa aparato Ang Figure 1 nagpakita sa usa ka tipikal nga bertikal nga pin nga Ge oSi photodetectoristruktura:

Ang mga nag-unang bahin naglakip sa: germanium absorbing layer nga gipatubo sa silicon substrate; Gigamit sa pagkolekta sa p ug n nga mga kontak sa mga charge carrier; Waveguide coupling para sa episyente nga pagsuhop sa kahayag.

Epitaxial growth: Ang pagpatubo og taas nga kalidad nga germanium sa silicon usa ka mahagiton tungod sa 4.2% nga lattice mismatch tali sa duha ka materyales. Kasagaran gigamit ang duha ka lakang nga proseso sa pagtubo: ubos nga temperatura (300-400°C) nga pagtubo sa buffer layer ug taas nga temperatura (labaw sa 600°C) nga pagdeposito sa germanium. Kini nga pamaagi makatabang sa pagkontrol sa threading dislocations nga gipahinabo sa lattice mismatches. Ang post-growth annealing sa 800-900°C dugang nga nagpamenos sa threading dislocation density ngadto sa mga 10^7 cm^-2. Mga kinaiya sa performance: Ang labing abante nga Ge/Si PIN photodetector makab-ot ang: responsiveness, > 0.8A /W sa 1550 nm; Bandwidth, >60 GHz; Dark current, <1 μA sa -1 V bias.

Pag-integrasyon sa mga plataporma sa optoelectronics nga nakabase sa silicon

Ang paghiusa samga high-speed photodetectorAng mga plataporma sa optoelectronics nga nakabase sa silicon makapahimo sa mga abante nga optical transceiver ug interconnect. Ang duha ka pangunang pamaagi sa integrasyon mao ang mosunod: Front-end integration (FEOL), diin ang photodetector ug transistor dungan nga gihimo sa usa ka silicon substrate nga nagtugot sa pagproseso sa taas nga temperatura, apan nag-okupar sa lugar sa chip. Back-end integration (BEOL). Ang mga photodetector gihimo sa ibabaw sa metal aron malikayan ang interference sa CMOS, apan limitado sa mas ubos nga temperatura sa pagproseso.

Hulagway 2: Pagtubag ug bandwidth sa usa ka high-speed Ge/Si photodetector

Aplikasyon sa sentro sa datos

Ang mga high-speed photodetector usa ka importanteng sangkap sa sunod nga henerasyon sa data center interconnection. Ang mga pangunang aplikasyon naglakip sa: optical transceivers: 100G, 400G ug mas taas nga mga rate, gamit ang PAM-4 modulation; Ataas nga bandwidth nga photodetector(>50 GHz) ang gikinahanglan.

Silicon-based optoelectronic integrated circuit: monolithic integration sa detector uban sa modulator ug uban pang mga component; Usa ka compact, high-performance optical engine.

Distributed architecture: optical interconnection tali sa distributed computing, storage, ug storage; Nagduso sa panginahanglan alang sa energy-efficient, high-bandwidth photodetectors.

Panglantaw sa umaabot

Ang kaugmaon sa integrated optoelectronic high-speed photodetectors magpakita sa mosunod nga mga uso:

Mas taas nga data rates: Nagduso sa pag-uswag sa 800G ug 1.6T transceivers; Gikinahanglan ang mga photodetector nga adunay bandwidth nga labaw sa 100 GHz.

Gipauswag nga integrasyon: Single chip nga integrasyon sa III-V nga materyal ug silicon; Abansado nga teknolohiya sa 3D integration.

Bag-ong mga materyales: Pagsuhid sa duha ka dimensyon nga mga materyales (sama sa graphene) para sa paspas kaayong pag-ila sa kahayag; Usa ka bag-ong Group IV alloy para sa gipalapdang wavelength coverage.

Mga nag-uswag nga aplikasyon: Ang LiDAR ug uban pang mga aplikasyon sa pag-detect mao ang nagduso sa pag-uswag sa APD; Ang mga aplikasyon sa microwave photon nga nanginahanglan og taas nga linearity photodetectors.

Ang mga high-speed photodetector, ilabina ang mga Ge o Si photodetector, nahimong usa ka importanteng tigduso sa silicon-based optoelectronics ug sa sunod nga henerasyon sa optical communications. Ang padayon nga pag-uswag sa mga materyales, disenyo sa device, ug mga teknolohiya sa integrasyon importante aron matubag ang nagkadako nga panginahanglan sa bandwidth sa umaabot nga mga data center ug mga network sa telekomunikasyon. Samtang nagpadayon sa pag-uswag ang natad, atong mapaabot nga makakita og mga photodetector nga adunay mas taas nga bandwidth, mas ubos nga kasaba, ug walay putol nga integrasyon sa electronic ug photonic circuits.