برای نوری برقی مبتنی بر سیلیکون ، عکسهای عکسبرداری سیلیکون
دستگاه های نوریسیگنال های نوری را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کنید ، و با افزایش نرخ انتقال داده ها ، فوتودکتورهای با سرعت بالا که با سیستم عامل های اپتوالکترونیک مبتنی بر سیلیکون یکپارچه شده اند ، برای مراکز داده نسل بعدی و شبکه های ارتباطات مهم شده اند. این مقاله با تأکید بر ژرمانیوم مبتنی بر سیلیکون (GE یا SI Photodetector) ، یک مرور کلی از عکسهای با سرعت بالا پیشرفته ارائه می دهد.عکسهای عکسبرداری سیلیکونبرای فناوری یکپارچه نوری.
ژرمانیوم یک ماده جذاب برای تشخیص نور مادون قرمز نزدیک بر روی سکوهای سیلیکون است زیرا با فرآیندهای CMOS سازگار است و در طول موج های ارتباط از راه دور از جذب بسیار قوی برخوردار است. متداول ترین ساختار فوتودکتکتور GE/SI ، دیود پین است که در آن ژرمانیوم ذاتی بین مناطق از نوع P و نوع N ساندویچ می شود.
ساختار دستگاه شکل 1 یک پین عمودی معمولی را نشان می دهد یاSi Photodetectorساختار:
از ویژگی های اصلی عبارتند از: لایه جذب ژرمانیوم که روی بستر سیلیکون رشد می کند. برای جمع آوری مخاطبین P و N حامل های شارژ استفاده می شود. اتصال موجبر برای جذب نور کارآمد.
رشد اپیتاکسیال: رشد ژرمانیوم با کیفیت بالا بر روی سیلیکون به دلیل عدم تطابق شبکه 4.2 ٪ بین این دو ماده چالش برانگیز است. یک فرآیند رشد دو مرحله ای معمولاً استفاده می شود: درجه حرارت پایین (300-400 درجه سانتیگراد) رشد لایه بافر و دمای بالا (بالاتر از 600 درجه سانتیگراد) رسوب ژرمانیوم. این روش به کنترل جابجایی موضوعات ناشی از عدم تطابق شبکه کمک می کند. بازپخت پس از رشد در دمای 800-900 درجه سانتیگراد ، تراکم جابجایی نخ را به حدود 10^7 سانتی متر^-2 کاهش می دهد. ویژگی های عملکرد: پیشرفته ترین عکس PITODETECTOR پین GE /SI می تواند به دست آورد: پاسخگویی ،> 0.8a /W در 1550 نانومتر ؛ پهنای باند ،> 60 گیگاهرتز ؛ جریان تاریک ، <1 میکرومتر در -1 ولت تعصب.
ادغام با سیستم عامل های OptoElectronics مبتنی بر سیلیکون
ادغامعکسهای با سرعت بالابا سیستم عامل های OptoElectronics مبتنی بر سیلیکون ، فرستنده های نوری پیشرفته و اتصالات را امکان پذیر می کند. دو روش اصلی ادغام به شرح زیر است: ادغام جلویی (FEOL) ، که در آن فوتودکتور و ترانزیستور به طور همزمان بر روی یک بستر سیلیکون تولید می شوند که امکان پردازش درجه حرارت بالا را فراهم می کند ، اما منطقه تراشه را در دست می گیرد. ادغام پشتی (BEOL). برای جلوگیری از تداخل در CMOS ، در بالای فلز در بالای فلز تولید می شود ، اما به دمای پردازش پایین محدود می شود.
شکل 2: پاسخگویی و پهنای باند یک عکس با سرعت بالا GE/Si
برنامه مرکز داده
فوتودکتورهای با سرعت بالا یک مؤلفه اصلی در نسل بعدی اتصال مرکز داده هستند. برنامه های اصلی عبارتند از: فرستنده نوری: 100 گرم ، 400 گرم و نرخ بالاتر ، با استفاده از مدولاسیون PAM-4. بوهانوری پهنای باند بالا(> 50 گیگاهرتز) لازم است.
مدار یکپارچه اپتوالکترونیک مبتنی بر سیلیکون: ادغام یکپارچه آشکارساز با تعدیل کننده و سایر اجزای. یک موتور نوری جمع و جور و با کارایی بالا.
معماری توزیع شده: اتصال نوری بین محاسبات توزیع شده ، ذخیره سازی و ذخیره سازی ؛ هدایت تقاضا برای نورپردازی با پهنای باند بالا.
چشم انداز آینده
آینده فوتودکتورهای پر سرعت نوری یکپارچه روند زیر را نشان می دهد:
نرخ داده های بالاتر: هدایت توسعه گیرنده های 800 گرم و 1.6T ؛ فوتودکتور با پهنای باند بیشتر از 100 گیگاهرتز مورد نیاز است.
ادغام بهبود یافته: ادغام تک تراشه از مواد III-V و سیلیکون. فناوری ادغام سه بعدی پیشرفته.
مواد جدید: کاوش در مواد دو بعدی (مانند گرافن) برای تشخیص نور فوق العاده. آلیاژ گروه IV جدید برای پوشش طول موج طولانی.
برنامه های نوظهور: Lidar و سایر برنامه های سنجش در حال توسعه APD هستند. برنامه های فوتون مایکروویو که نیاز به فوتودکتور های خطی بالا دارند.
فوتودکتورهای با سرعت بالا ، به ویژه فوتودکتورهای GE یا SI ، به محرک اصلی نوری مبتنی بر سیلیکون و ارتباطات نوری نسل بعدی تبدیل شده اند. پیشرفت های مداوم در مواد ، طراحی دستگاه و فناوری های ادغام برای پاسخگویی به خواسته های روزافزون پهنای باند مراکز داده آینده و شبکه های ارتباطات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از آنجا که این زمینه همچنان در حال تکامل است ، می توانیم انتظار داشته باشیم که فوتودکتور هایی با پهنای باند بالاتر ، سر و صدای پایین و ادغام یکپارچه با مدارهای الکترونیکی و فوتونیک مشاهده کنیم.
زمان پست: ژانویه 20-2025