Đối với quang điện tử dựa trên silicon, bộ tách sóng silicon
PhotodetectorChuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện và khi tốc độ truyền dữ liệu tiếp tục được cải thiện, các bộ quang điện tử tốc độ cao được tích hợp với các nền tảng quang điện tử dựa trên silicon đã trở thành chìa khóa cho các trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo và mạng viễn thông. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về bộ quang điện quang tốc độ cao tiên tiến, tập trung vào Germanium dựa trên silicon (GE hoặc SI Photodetector)Photodetector siliconcho công nghệ quang điện tử tích hợp.
Germanium là một vật liệu hấp dẫn để phát hiện ánh sáng hồng ngoại gần trên các nền tảng silicon vì nó tương thích với các quy trình CMOS và có sự hấp thụ cực kỳ mạnh ở bước sóng viễn thông. Cấu trúc quang điện tử GE/Si phổ biến nhất là diode pin, trong đó Germanium nội tại được kẹp giữa các vùng loại P và loại N.
Cấu trúc thiết bị Hình 1 cho thấy một pin thẳng đứng điển hình GE hoặcSI Photodetectorkết cấu:
Các tính năng chính bao gồm: lớp hấp thụ Germanium được trồng trên đế silicon; Được sử dụng để thu thập các liên hệ P và N của các hãng vận chuyển điện tích; Khớp nối sóng để hấp thụ ánh sáng hiệu quả.
Tăng trưởng epiticular: Phát triển chất lượng cao Germanium trên silicon là một thách thức do sự không phù hợp mạng lưới 4,2% giữa hai vật liệu. Một quá trình tăng trưởng hai bước thường được sử dụng: tăng trưởng lớp đệm nhiệt độ thấp (300-400 ° C) và nhiệt độ cao (trên 600 ° C) lắng đọng germanium. Phương pháp này giúp kiểm soát các trật khớp ren gây ra bởi sự không phù hợp mạng. Ủ sau tăng trưởng ở 800-900 ° C làm giảm thêm mật độ trật khớp ren xuống còn khoảng 10^7 cm^-2. Đặc điểm hiệu suất: Photodetector pin Ge /Si tiên tiến nhất có thể đạt được: khả năng đáp ứng,> 0,8a /w ở 1550nm; Băng thông,> 60 GHz; Dòng điện tối, <1 μA ở độ lệch -1 V.
Tích hợp với các nền tảng quang điện tử dựa trên silicon
Sự tích hợp củaPhotodetector tốc độ caoVới các nền tảng quang điện tử dựa trên silicon cho phép các bộ thu phát quang và kết nối nâng cao. Hai phương pháp tích hợp chính như sau: Tích hợp mặt trước (FEOL), trong đó bộ quang điện tử và bóng bán dẫn được sản xuất đồng thời trên chất nền silicon cho phép xử lý nhiệt độ cao, nhưng chiếm diện tích chip. Tích hợp back-end (BOOL). Photodetector được sản xuất trên đầu kim loại để tránh nhiễu CMO, nhưng được giới hạn ở nhiệt độ xử lý thấp hơn.
Hình 2: Khả năng đáp ứng và băng thông của bộ quang điện GE/Si tốc độ cao
Ứng dụng trung tâm dữ liệu
Photodetector tốc độ cao là một thành phần chính trong thế hệ kết nối trung tâm dữ liệu tiếp theo. Các ứng dụng chính bao gồm: Bộ thu phát quang: 100g, 400g và tốc độ cao hơn, sử dụng điều chế PAM-4; MỘTPhotodetector băng thông cao(> 50 GHz) là bắt buộc.
Mạch tích hợp quang điện tử dựa trên silicon: tích hợp nguyên khối của máy dò với bộ điều biến và các thành phần khác; Một động cơ quang học nhỏ gọn, hiệu suất cao.
Kiến trúc phân tán: Kết nối quang học giữa điện toán, lưu trữ và lưu trữ phân tán; Thúc đẩy nhu cầu về bộ điều hòa quang lượng băng thông hiệu tiết kiệm năng lượng.
Triển vọng trong tương lai
Tương lai của bộ quang điện quang tốc độ cao tích hợp sẽ hiển thị các xu hướng sau:
Tốc độ dữ liệu cao hơn: thúc đẩy sự phát triển của bộ thu phát 800g và 1.6t; Bộ phát quang với băng thông lớn hơn 100 GHz là bắt buộc.
Tích hợp cải thiện: Tích hợp chip đơn của vật liệu III-V và silicon; Công nghệ tích hợp 3D nâng cao.
Vật liệu mới: Khám phá các vật liệu hai chiều (như graphene) để phát hiện ánh sáng cực nhanh; Một hợp kim nhóm IV mới cho độ bao phủ bước sóng mở rộng.
Các ứng dụng mới nổi: LIDAR và các ứng dụng cảm biến khác đang thúc đẩy sự phát triển của APD; Các ứng dụng photon vi sóng yêu cầu bộ quang điện quang tuyến tính cao.
Bộ phát quang tốc độ cao, đặc biệt là bộ quang điện GE hoặc Si, đã trở thành động lực chính của quang điện tử dựa trên silicon và truyền thông quang thế hệ tiếp theo. Những tiến bộ liên tục trong vật liệu, thiết kế thiết bị và công nghệ tích hợp rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu băng thông đang phát triển của các trung tâm dữ liệu và mạng viễn thông trong tương lai. Khi trường tiếp tục phát triển, chúng ta có thể mong đợi được nhìn thấy các bộ quang điện với băng thông cao hơn, nhiễu thấp hơn và tích hợp liền mạch với các mạch điện tử và quang tử.
Thời gian đăng: Tháng 1-20-2025