Para optoelectrónica a base de silicio, fotodetectores de silicio
FotodetectoresConverter sinais de luz en sinais eléctricos e a medida que as taxas de transferencia de datos seguen mellorando, os fotodetectores de alta velocidade integrados con plataformas optoelectrónicas baseadas en silicio convertéronse en clave para os centros de datos de última xeración e as redes de telecomunicacións. Este artigo proporcionará unha visión xeral dos fotodetectores avanzados de alta velocidade, con énfase no xermanio a base de silicio (GE ou Fotodetector SI)fotodetectores de siliciopara a tecnoloxía integrada de optoelectrónica.
O xermanio é un material atractivo para a detección de luz case infravermella en plataformas de silicio porque é compatible cos procesos CMOS e ten unha absorción extremadamente forte nas lonxitudes de onda de telecomunicacións. A estrutura fotodetectora GE/Si máis común é o diodo PIN, no que o xermanio intrínseco está entre sandwiched entre as rexións de tipo P e N.
Estrutura do dispositivo A figura 1 mostra un pin de pin vertical típico ouPhotoDetector SIEstrutura:
As principais características inclúen: a capa absorbente do xermanio cultivada no substrato de silicio; Usado para recoller contactos p e n de transportistas de carga; Acoplamiento de guía de ondas para unha absorción de luz eficiente.
Crecemento epitaxial: o cultivo de xermanio de alta calidade en silicio é un reto debido ao desaxuste do 4,2% de celosía entre os dous materiais. Normalmente úsase un proceso de crecemento en dous pasos: o crecemento da capa tampón de baixa temperatura (300-400 ° C) e a deposición de alta temperatura (por encima dos 600 ° C) de xermanio. Este método axuda a controlar as luxacións de rosca causadas por desaxustes de celosía. O recocido post-crecemento a 800-900 ° C reduce aínda máis a densidade de luxación de rosca a aproximadamente 10^7 cm^-2. Características de rendemento: o fotodetector de pin máis avanzado GE /Si pode alcanzar: resposta,> 0,8a /w a 1550 nm; Ancho de banda,> 60 GHz; Corrente escura, <1 μA a sesgo -1 V.
Integración con plataformas optoelectrónicas baseadas en silicio
A integración deFotodetectores de alta velocidadecon plataformas de optoelectrónica baseadas en silicio permite transceptores e interconexións ópticas avanzadas. Os dous principais métodos de integración son os seguintes: integración front-end (FEOL), onde o fotodetector e o transistor son simultaneamente fabricados nun substrato de silicio que permiten procesar a alta temperatura, pero tomando a área de chip. Integración de back-end (BEOL). Os fotodetectores fabrícanse na parte superior do metal para evitar interferencias con CMOs, pero limítanse a temperaturas de procesamento máis baixas.
Figura 2: resposta e ancho de banda dun fotodetector GE/SI de alta velocidade
Aplicación do centro de datos
Os fotodetectores de alta velocidade son un compoñente clave na próxima xeración de interconexión do centro de datos. As aplicacións principais inclúen: transceptores ópticos: 100G, 400G e taxas máis altas, usando a modulación PAM-4; A.Fotodetector de alto ancho de banda(> 50 GHz) é necesario.
Circuíto integrado optoelectrónico baseado en silicio: integración monolítica do detector con modulador e outros compoñentes; Un motor óptico compacto e de alto rendemento.
Arquitectura distribuída: interconexión óptica entre computación, almacenamento e almacenamento distribuídas; Impulsando a demanda de fotodetectores de alta banda e eficiencia enerxética.
Perspectivas futuras
O futuro dos fotodetectores de alta velocidade optoelectrónicos integrados mostrará as seguintes tendencias:
Taxas de datos máis altas: impulsar o desenvolvemento de transceptores de 800G e 1,6T; Son necesarios fotodetectores con anchos de banda superiores a 100 GHz.
Integración mellorada: integración dun chip único de material III-V e silicio; Tecnoloxía avanzada de integración 3D.
Novos materiais: exploración de materiais bidimensionais (como o grafeno) para a detección de luz ultravista; Unha nova aleación do grupo IV para a cobertura de lonxitude de onda prolongada.
Aplicacións emerxentes: LiDAR e outras aplicacións de detección están impulsando o desenvolvemento de APD; Aplicacións de fotóns de microondas que requiren fotodetectores de alta linealidade.
Os fotodetectores de alta velocidade, especialmente os fotodetectores GE ou SI, convertéronse nun motor clave de optoelectrónica baseada en silicio e comunicacións ópticas de última xeración. Os avances continuados en materiais, deseño de dispositivos e tecnoloxías de integración son importantes para satisfacer as crecentes demandas de ancho de banda de futuros centros de datos e redes de telecomunicacións. A medida que o campo segue evolucionando, podemos esperar ver fotodetectores con maior ancho de banda, menor ruído e integración perfecta con circuítos electrónicos e fotónicos.
Tempo de publicación: xaneiro-20-2025