Система от материали за фотонна интегрална схема (PIC)
Силициевата фотоника е дисциплина, която използва планарни структури, базирани на силициеви материали, за насочване на светлината за постигане на различни функции. Тук се фокусираме върху приложението на силициевата фотоника при създаването на предаватели и приемници за оптични комуникации. С нарастването на необходимостта от добавяне на повече предаване при дадена честотна лента, даден отпечатък и дадена цена, силициевата фотоника става все по-икономично изгодна. Що се отнася до оптичната част,технология за фотонна интеграциятрябва да се използва и повечето кохерентни приемо-предаватели днес са изградени с помощта на отделни LiNbO3/планарни светлинно-вълнови (PLC) модулатори и InP/PLC приемници.
Фигура 1: Показва често използвани системи от материали за фотонни интегрални схеми (PIC).
Фигура 1 показва най-популярните PIC материални системи. Отляво надясно са силициеви PIC (известни също като PLC), силициеви изолационни PIC (силициева фотоника), литиев ниобат (LiNbO3) и PIC от III-V група, като InP и GaAs. Тази статия се фокусира върху силициевата фотоника.силициева фотоникаСветлинният сигнал се разпространява главно в силиций, който има индиректна забранена зона от 1,12 електрон волта (с дължина на вълната 1,1 микрона). Силицият се отглежда под формата на чисти кристали в пещи и след това се нарязва на пластини, които днес обикновено са с диаметър 300 мм. Повърхността на пластината се окислява, за да се образува силициев слой. Една от пластините се бомбардира с водородни атоми до определена дълбочина. След това двете пластини се сливат във вакуум и техните оксидни слоеве се свързват помежду си. Сглобката се разкъсва по линията на имплантиране на водородни йони. Силициевият слой при пукнатината след това се полира, оставяйки в крайна сметка тънък слой кристален Si върху непокътнатата силициева „дръжка“ пластина върху силициевия слой. От този тънък кристален слой се формират вълноводи. Въпреки че тези силициеви изолационни (SOI) пластини правят възможни силициеви фотонни вълноводи с ниски загуби, те всъщност се използват по-често в CMOS схеми с ниска мощност поради ниския ток на утечка, който осигуряват.
Съществуват много възможни форми на силициеви оптични вълноводи, както е показано на Фигура 2. Те варират от микромащабни силициеви вълноводи, легирани с германий, до наномащабни силициеви вълноводи. Чрез смесване на германий е възможно да се направятфотодетектории електрическа абсорбциямодулатории евентуално дори оптични усилватели. Чрез допиране на силиций,оптичен модулатормогат да бъдат направени. Долу отляво надясно са: вълновод от силициева тел, вълновод от силициев нитрид, вълновод от силициев оксинитрид, дебел силициев ребрест вълновод, тънък силициев нитриден вълновод и легиран силициев вълновод. В горната част, отляво надясно, са модулатори на изчерпване, германиеви фотодетектори и германий.оптични усилватели.
Фигура 2: Напречно сечение на серия оптични вълноводи на силициева основа, показващо типични загуби от разпространение и коефициенти на пречупване.
Време на публикуване: 15 юли 2024 г.