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

Para sa optoelectronics nga nakabase sa silicon, mga photodetector sa silikon

Mga photodetectori-convert ang mga light signal ngadto sa electrical signal, ug samtang ang data transfer rates nagpadayon sa pag-uswag, ang high-speed photodetectors nga gisagol sa silicon-based optoelectronics nga mga plataporma nahimong yawe sa sunod nga henerasyon nga mga sentro sa datos ug mga network sa telekomunikasyon. Kini nga artikulo maghatag ug usa ka kinatibuk-ang paglantaw sa mga advanced high-speed photodetector, nga adunay gibug-aton sa silicon based germanium (Ge o Si photodetector)mga silikon nga photodetectoralang sa integrated optoelectronics nga teknolohiya.

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

Estruktura sa device Figure 1 nagpakita sa usa ka tipikal nga bertikal pin Ge oUsa ka photodetectoristruktura:

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

Epitaxial nga pagtubo: Ang pagtubo sa taas nga kalidad nga germanium sa silicon mahagiton tungod sa 4.2% nga lattice mismatch tali sa duha ka mga materyales. Ang duha ka lakang nga proseso sa pagtubo kasagarang gigamit: ubos nga temperatura (300-400°C) buffer layer nga pagtubo ug taas nga temperatura (labaw sa 600°C) nga deposition sa germanium. Kini nga pamaagi makatabang sa pagkontrolar sa mga dislokasyon sa mga thread nga gipahinabo sa dili pagkaparehas sa lattice. Ang post-growth annealing sa 800-900°C dugang nga makapamenos 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: responsiveness, > 0.8A / W sa 1550 nm; Bandwidth,> 60 GHz; Mangitngit nga kasamtangan, <1 μA sa -1 V bias.

Paghiusa sa mga platform nga optoelectronics nga nakabase sa silicon

Ang paghiusa sahigh-speed nga photodetectornga adunay mga platform sa optoelectronics nga nakabase sa silicon nga makahimo sa mga advanced optical transceiver ug mga interconnect. Ang duha ka nag-unang pamaagi sa paghiusa 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 pagkuha sa chip area. Back-end integration (BEOL). Ang mga photodetector gihimo sa ibabaw sa metal aron malikayan ang pagpanghilabot sa CMOS, apan limitado sa mas ubos nga temperatura sa pagproseso.

Figure 2: Responsiveness ug bandwidth sa usa ka high-speed Ge / Si photodetector

Aplikasyon sa data center

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

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

Giapod-apod nga arkitektura: optical interconnection tali sa gipang-apod-apod nga computing, storage, ug storage; Pagmaneho sa panginahanglan alang sa kusog sa enerhiya, taas nga bandwidth nga photodetector.

Umaabot nga panglantaw

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

Mas taas nga mga rate sa datos: Pagmaneho sa pagpalambo sa 800G ug 1.6T transceiver; Gikinahanglan ang mga photodetector nga adunay bandwidth nga labaw sa 100 GHz.

Mas maayo nga panagsama: Single chip integration sa III-V nga materyal ug silicon; Advanced nga 3D integration nga teknolohiya.

Bag-ong mga materyales: Pagsuhid sa duha ka dimensyon nga mga materyales (sama sa graphene) alang sa ultrafast light detection; Usa ka bag-ong Group IV nga haluang metal alang sa taas nga wavelength nga coverage.

Nag-uswag nga mga aplikasyon: Ang LiDAR ug uban pang mga aplikasyon sa sensing nagduso sa pagpalambo sa APD; Ang mga aplikasyon sa Microwave photon nga nanginahanglan taas nga linearity photodetector.

Ang mga high-speed nga photodetector, labi na ang Ge o Si photodetector, nahimo nga usa ka hinungdan nga drayber sa optoelectronics nga nakabase sa silicon ug mga sunod-sunod nga henerasyon nga optical nga komunikasyon. Ang padayon nga pag-uswag sa mga materyales, disenyo sa aparato, ug mga teknolohiya sa panagsama hinungdanon aron matubag ang nagkadako nga panginahanglanon sa bandwidth sa umaabot nga mga sentro sa datos ug mga network sa telekomunikasyon. Samtang nagpadayon ang pag-uswag sa natad, makadahom kita nga makita ang mga photodetector nga adunay mas taas nga bandwidth, mas ubos nga kasaba, ug walay hunong nga panagsama sa mga electronic ug photonic circuits.