በሲሊኮን ላይ ለተመሰረተ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ፣ የሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚዎች(Si photodetector)

ለሲሊኮን-ተኮር ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ, የሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚዎች

የፎቶ ዳሳሾችየብርሃን ሲግናሎችን ወደ ኤሌክትሪክ ሲግናሎች መለወጥ፣ እና የውሂብ ማስተላለፍ መጠኖች መሻሻል ሲቀጥሉ፣ ከፍተኛ ፍጥነት ያላቸው የፎቶ ዳሳሾች በሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ መድረኮች ጋር የተዋሃዱ ለቀጣይ ትውልድ የመረጃ ማዕከሎች እና የቴሌኮሙኒኬሽን አውታሮች ቁልፍ ሆነዋል። ይህ መጣጥፍ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ጀርመኒየም (Ge ወይም Si photodetector) ላይ በማተኮር የላቁ ባለከፍተኛ ፍጥነት የፎቶ ዳሳሾችን አጠቃላይ እይታ ያቀርባል።የሲሊኮን ፎቶ ጠቋሚዎችለተቀናጀ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ቴክኖሎጂ.

ጀርመኒየም ከሲኤምኦኤስ ሂደቶች ጋር ተኳሃኝ ስለሆነ በቴሌኮሙኒኬሽን የሞገድ ርዝመቶች ላይ እጅግ በጣም ጠንካራ የሆነ የመጠጣት ችሎታ ስላለው በሲሊኮን መድረኮች ላይ ለሚገኝ የኢንፍራሬድ ብርሃን ፍለጋ ማራኪ ቁሳቁስ ነው። በጣም የተለመደው የጂ/ሲ ፎቶ ዳሰተር መዋቅር ፒን ዲዮድ ሲሆን በውስጡም ውስጣዊው germanium በፒ-አይነት እና በኤን-አይነት ክልሎች መካከል የተቀመረ ነው።

የመሳሪያው መዋቅር ምስል 1 የተለመደው ቋሚ ፒን Ge ወይምየፎቶ ዳሳሽመዋቅር፡-

ዋናዎቹ ባህሪያት የሚያጠቃልሉት: በሲሊኮን ንጣፍ ላይ የሚበቅለው ጀርማኒየም የሚስብ ንብርብር; የኃይል መሙያ ተሸካሚዎችን p እና n እውቂያዎችን ለመሰብሰብ ያገለግላል; ለተቀላጠፈ ብርሃን ለመምጥ Waveguide መጋጠሚያ.

ኤፒታክሲያል እድገት፡ በሲሊኮን ላይ ከፍተኛ ጥራት ያለው germanium ማብቀል ፈታኝ ነው በሁለቱ ቁሳቁሶች መካከል ባለው የ4.2% ጥልፍልፍ አለመመጣጠን። ባለ ሁለት-ደረጃ የእድገት ሂደት ብዙውን ጊዜ ጥቅም ላይ ይውላል-ዝቅተኛ የሙቀት መጠን (300-400 ° ሴ) የንብርብር እድገት እና ከፍተኛ የሙቀት መጠን (ከ 600 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ) የጀርማኒየም ክምችት። ይህ ዘዴ በላቲስ አለመመጣጠን ምክንያት የሚፈጠረውን የክር መቆራረጥን ለመቆጣጠር ይረዳል። ከዕድገት በኋላ በ 800-900 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ማስወጣት የክርን መበታተን ወደ 10 ^ 7 ሴ.ሜ ^ -2 የበለጠ ይቀንሳል. የአፈጻጸም ባህሪያት፡ በጣም የላቀ የጂ/ሲ ፒን ፎቶ ዳሳሽ ማሳካት ይችላል፡ ምላሽ ሰጪነት፣> 0.8A/W በ1550 nm; የመተላለፊያ ይዘት> 60 GHz; የጨለማ ጅረት፣ <1 μA በ -1 ቪ አድልዎ።

በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኦፕቲካል ኤሌክትሮኒክስ መድረኮች ጋር ውህደት

ውህደትከፍተኛ ፍጥነት ያለው የፎቶ ዳሳሾችበሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ መድረኮች የላቁ የኦፕቲካል ትራንስፎርመሮችን እና ግንኙነቶችን ያስችላሉ። ሁለቱ ዋና ዋና የመዋሃድ ዘዴዎች የሚከተሉት ናቸው፡ የፊት-መጨረሻ ውህደት (FEOL)፣ የፎቶ ዳሳሽ እና ትራንዚስተር በአንድ ጊዜ በሲሊኮን ንኡስ ክፍል ላይ የሚመረቱ ሲሆን ይህም ከፍተኛ የሙቀት መጠን እንዲኖር ያስችላል ፣ ግን ቺፕ አካባቢን ይወስዳል። የኋላ-መጨረሻ ውህደት (BEOL)። በ CMOS ላይ ጣልቃ ገብነትን ለማስቀረት የፎቶ ዳሳሾች በብረት ላይ ይመረታሉ, ነገር ግን ዝቅተኛ የማቀነባበሪያ ሙቀቶች ብቻ ናቸው.

ምስል 2፡ የከፍተኛ ፍጥነት Ge/Si photodetector ምላሽ ሰጪነት እና የመተላለፊያ ይዘት

የውሂብ ማዕከል መተግበሪያ

ከፍተኛ ፍጥነት ያለው የፎቶ ዳይሬክተሮች በሚቀጥለው ትውልድ የመረጃ ማእከል ትስስር ውስጥ ቁልፍ አካል ናቸው. ዋናዎቹ አፕሊኬሽኖች የሚያካትቱት፡ ኦፕቲካል ትራንስቨርስ፡100ጂ፣ 400ጂ እና ከፍተኛ ተመኖች፣ PAM-4 modulation በመጠቀም; ሀከፍተኛ የመተላለፊያ ይዘት photodetector(> 50 GHz) ያስፈልጋል።

በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ኦፕቶኤሌክትሮኒክ የተቀናጀ ወረዳ: ሞዱላተር እና ሌሎች አካላት ያለው ሞኖሊቲክ የፈላጊ ውህደት; የታመቀ፣ ከፍተኛ አፈጻጸም ያለው የጨረር ሞተር።

የተከፋፈለ አርክቴክቸር፡ በተከፋፈለ ኮምፒውተር፣ ማከማቻ እና ማከማቻ መካከል የጨረር ግንኙነት; የኃይል ቆጣቢ፣ ከፍተኛ ባንድዊድዝ የፎቶ ዳሳሾች ፍላጎትን ማሽከርከር።

የወደፊት እይታ

የተቀናጁ የኦፕቶኤሌክትሮኒካዊ ከፍተኛ ፍጥነት የፎቶ ዳሳሾች የወደፊት ሁኔታ የሚከተሉትን አዝማሚያዎች ያሳያል ።

ከፍተኛ የውሂብ ተመኖች: 800G እና 1.6T transceivers ልማት መንዳት; ከ100 GHz በላይ የመተላለፊያ ይዘት ያላቸው የፎቶ ዳሳሾች ያስፈልጋሉ።

የተሻሻለ ውህደት: የ III-V ቁሳቁስ እና የሲሊኮን ነጠላ ቺፕ ውህደት; የላቀ 3D ውህደት ቴክኖሎጂ።

አዲስ ቁሶች: ለአልትራፋስት ብርሃን ፍለጋ ባለ ሁለት ገጽታ ቁሳቁሶችን (እንደ ግራፊን ያሉ) ማሰስ; ለተራዘመ የሞገድ ርዝመት ሽፋን አዲስ የቡድን IV ቅይጥ።

ብቅ ያሉ አፕሊኬሽኖች፡ LiDAR እና ሌሎች የዳሰሳ ትግበራዎች የኤፒዲ እድገትን እየነዱ ናቸው። የማይክሮዌቭ ፎቶን አፕሊኬሽኖች ከፍተኛ የመስመራዊ ፎቶ ዳሳሾችን ይፈልጋሉ።

ከፍተኛ ፍጥነት ያለው የፎቶ ዳሳሾች በተለይም የጂ ወይም ሲ ፎቶ ዳሳሾች በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ እና የቀጣይ ትውልድ የጨረር ግንኙነት ቁልፍ ነጂ ሆነዋል። እያደገ የመጣውን የወደፊት የመረጃ ማእከላት እና የቴሌኮሙኒኬሽን ኔትወርኮች የመተላለፊያ ይዘት ፍላጎቶችን ለማሟላት የቁሳቁስ፣ የመሳሪያ ዲዛይን እና የውህደት ቴክኖሎጂዎች ቀጣይ እድገቶች አስፈላጊ ናቸው። መስኩ በዝግመተ ለውጥ ሂደት ውስጥ፣ ከፍ ያለ የመተላለፊያ ይዘት፣ ዝቅተኛ ድምጽ እና ከኤሌክትሮኒካዊ እና የፎቶኒክ ዑደቶች ጋር እንከን የለሽ ውህደት ያላቸው የፎቶ ዳሳሾችን ለማየት እንጠብቃለን።