Sistem de materiale cu circuit integrat fotonic (PIC)
Fotonica pe siliciu este o disciplină care utilizează structuri planare bazate pe materiale din siliciu pentru a direcționa lumina și a realiza o varietate de funcții. Ne concentrăm aici pe aplicarea fotonicii pe siliciu în crearea de emițătoare și receptoare pentru comunicații prin fibră optică. Pe măsură ce nevoia de a adăuga mai multă transmisie la o anumită lățime de bandă, o anumită amprentă și un anumit cost crește, fotonica pe siliciu devine mai eficientă din punct de vedere economic. Pentru partea optică,tehnologia de integrare fotonicătrebuie utilizat, iar majoritatea transceiverelor coerente de astăzi sunt construite folosind modulatoare separate de LiNbO3/ circuit cu undă luminoasă planară (PLC) și receptoare InP/PLC.
Figura 1: Prezintă sistemele de materiale cu circuite integrate fotonice (PIC) utilizate în mod obișnuit.
Figura 1 prezintă cele mai populare sisteme de materiale PIC. De la stânga la dreapta sunt PIC pe bază de siliciu (cunoscut și sub numele de PLC), PIC izolator pe bază de siliciu (fotonică pe siliciu), niobat de litiu (LiNbO3) și PIC din grupa III-V, cum ar fi InP și GaAs. Această lucrare se concentrează pe fotonica pe bază de siliciu. Înfotonică pe siliciu, semnalul luminos se deplasează în principal în siliciu, care are o bandă interzisă indirectă de 1,12 electronvolți (cu o lungime de undă de 1,1 microni). Siliciul este crescut sub formă de cristale pure în cuptoare și apoi tăiat în napolitane, care astăzi au de obicei un diametru de 300 mm. Suprafața napolitanei este oxidată pentru a forma un strat de silice. Una dintre napolitane este bombardată cu atomi de hidrogen la o anumită adâncime. Cele două napolitane sunt apoi fuzionate în vid, iar straturile lor de oxid se leagă unul de celălalt. Ansamblul se rupe de-a lungul liniei de implantare a ionilor de hidrogen. Stratul de siliciu de la fisură este apoi lustruit, lăsând în cele din urmă un strat subțire de Si cristalin deasupra napolitanei de siliciu intacte, „mâner”, deasupra stratului de silice. Ghidurile de undă sunt formate din acest strat cristalin subțire. Deși aceste napolitane izolatoare pe bază de siliciu (SOI) fac posibile ghidurile de undă fotonice din siliciu cu pierderi reduse, acestea sunt de fapt mai frecvent utilizate în circuitele CMOS de mică putere datorită curentului de scurgere redus pe care îl furnizează.
Există multe forme posibile de ghiduri de undă optice pe bază de siliciu, așa cum se arată în Figura 2. Acestea variază de la ghiduri de undă din silice dopate cu germaniu la scară microscopică până la ghiduri de undă din sârmă de siliciu la scară nanometrică. Prin amestecarea germaniului, este posibil să se obținăfotodetectoareși absorbție electricămodulatori, și posibil chiar amplificatoare optice. Prin doparea siliciului, unmodulator opticse pot face. În partea de jos, de la stânga la dreapta, sunt: ghid de undă cu sârmă de siliciu, ghid de undă cu nitrură de siliciu, ghid de undă cu oxinitrură de siliciu, ghid de undă cu creastă groasă de siliciu, ghid de undă subțire cu nitrură de siliciu și ghid de undă cu siliciu dopat. În partea de sus, de la stânga la dreapta, sunt modulatori de epuizare, fotodetectori de germaniu șiamplificatoare optice.
Figura 2: Secțiune transversală a unei serii de ghiduri de undă optice pe bază de siliciu, prezentând pierderile tipice de propagare și indicii de refracție.
Data publicării: 15 iulie 2024