За силициева оптоелектроника, силициеви фотодетектори (Si PhotoDetector)

За силициева оптоелектроника, силиконови фотодетектори

ФототекториПреобразуването на леки сигнали в електрически сигнали и тъй като скоростите на пренос на данни продължават да се подобряват, високоскоростните фотодетектори, интегрирани с базирани на силиций платформи за оптоелектроника, станаха ключови за центровете за данни от следващото поколение и телекомуникационните мрежи. Тази статия ще предостави преглед на усъвършенстваните високоскоростни фотодетектори, с акцент върху германий на основата на силиций (GE или SI PhotoDetector)Силиконови фотодетекториза интегрирана технология за оптоелектроника.

Germanium е привлекателен материал за почти инфрачервено откриване на светлина върху силиконови платформи, тъй като е съвместим с CMOS процесите и има изключително силна абсорбция при телекомуникационни дължини на вълната. Най-често срещаната структура на фотодетектора Ge/Si е пин диодът, при който вътрешният германий е пясъчен между P-тип и N-тип региони.

Структура на устройството Фигура 1 показва типичен вертикален щифт GE илиSi фотодетекторСтруктура:

Основните характеристики включват: германски абсорбиращ слой, отглеждан върху силициев субстрат; Използва се за събиране на P и N контакти на превозвачите на заряд; Вълноводно съединение за ефективна абсорбция на светлина.

Епитаксиален растеж: Нарастващият висококачествен германий върху силиций е предизвикателство поради 4,2% несъответствие на решетката между двата материала. Обикновено се използва процес на растеж в две стъпки: ниска температура (300-400 ° C) растеж на буферния слой и високо температура (над 600 ° C) отлагане на германий. Този метод помага да се контролират дислокациите на резба, причинени от несъответствия в решетката. Отгряване след растеж при 800-900 ° C допълнително намалява плътността на дислокацията на резбата до около 10^7 cm^-2. Характеристики на производителността: Най -напредналият GE /Si Pin PhotoDetector може да постигне: Отзивчивост,> 0.8A /W при 1550 nm; Честотна лента,> 60 GHz; Тъмен ток, <1 μA при -1 V пристрастия.

Интеграция с базирани на силициеви платформи за оптоелектроника

Интеграцията наВисокоскоростни фотодетекториС платформите за оптоелектроника на базата на силиций позволява усъвършенствани оптични приемо-предаватели и взаимовръзки. Двата основни метода на интеграция са следните: интеграция на предния край (FEOL), където фотодетекторът и транзисторът се произвеждат едновременно върху силициев субстрат, позволяващ обработка на висока температура, но заемайки зона на чип. Интеграция на бек-енд (BEOL). Фототекторите се произвеждат отгоре на метала, за да се избегне смущения в CMOS, но са ограничени до по -ниски температури на обработка.

Фигура 2: Отзивчивост и честотна лента на високоскоростен GE/SI фототектор

Приложение на центъра за данни

Високоскоростните фотодетектори са ключов компонент в следващото поколение взаимосвързаност на центъра за данни. Основните приложения включват: оптични приемо-предаватели: 100g, 400g и по-високи скорости, като се използва PAM-4 модулация; AФототектор с висока честотна лента(> 50 GHz) е необходим.

Оптоелектронна интегрална схема на базата на силиций: монолитна интеграция на детектор с модулатор и други компоненти; Компактен, високоефективен оптичен двигател.

Разпределена архитектура: Оптична връзка между разпределени изчисления, съхранение и съхранение; Увеличаване на търсенето на енергийно ефективни фотодетектори с висока лента.

Бъдеща перспектива

Бъдещето на интегрираните оптоелектронни високоскоростни фотодетектори ще покаже следните тенденции:

По -високи скорости на данни: движещи се развитие на 800 g и 1.6t приемо -предаватели; Необходими са фотодетектори с честотна лента, по -голяма от 100 GHz.

Подобрена интеграция: Интеграция на единична чип на III-V материал и силиций; Разширена технология за 3D интеграция.

Нови материали: Проучване на двуизмерни материали (като графен) за откриване на ултрабърза светлина; Нова сплав от група IV за покритие с продължителна дължина на вълната.

Възникващи приложения: Лидар и други сензорни приложения водят до развитието на APD; Микровълнови фотонови приложения, изискващи фототекторите с висока линейност.

Високоскоростните фотодетектори, особено GE или SI фотодетектори, са станали ключов двигател на оптичната комуникация на базата на силиций и оптични комуникации от следващо поколение. Продължителният напредък в материалите, дизайна на устройства и технологиите за интеграция са важни за посрещане на нарастващите нужди на честотната лента на бъдещите центрове за данни и телекомуникационните мрежи. Тъй като полето продължава да се развива, можем да очакваме да видим фотодетектори с по -висока честотна лента, по -нисък шум и безпроблемна интеграция с електронни и фотонни вериги.