Sistem material sirkuit terpadu fotonik (PIC).

Sistem material sirkuit terpadu fotonik (PIC).

Fotonik silikon adalah disiplin ilmu yang menggunakan struktur planar berdasarkan bahan silikon untuk mengarahkan cahaya guna mencapai berbagai fungsi. Kami fokus di sini pada penerapan fotonik silikon dalam pembuatan pemancar dan penerima untuk komunikasi serat optik. Karena kebutuhan untuk menambahkan lebih banyak transmisi pada bandwidth tertentu, ukuran tertentu, dan biaya tertentu meningkat, fotonik silikon menjadi lebih ekonomis. Untuk bagian optik,teknologi integrasi fotonikharus digunakan, dan sebagian besar transceiver koheren saat ini dibuat menggunakan modulator sirkuit gelombang cahaya (PLC) LiNbO3/planar dan penerima InP/PLC yang terpisah.

Gambar 1: Menunjukkan sistem material sirkuit terpadu fotonik (PIC) yang umum digunakan.

Gambar 1 menunjukkan sistem material PIC yang paling populer. Dari kiri ke kanan adalah PIC silika berbahan dasar silikon (juga dikenal sebagai PLC), PIC isolator berbahan silikon (silikon fotonik), litium niobate (LiNbO3), dan PIC golongan III-V, seperti InP dan GaAs. Makalah ini berfokus pada fotonik berbasis silikon. Di dalamfotonik silikon, sinyal cahaya terutama merambat dalam silikon, yang memiliki celah pita tidak langsung sebesar 1,12 elektron volt (dengan panjang gelombang 1,1 mikron). Silikon ditanam dalam bentuk kristal murni di tungku dan kemudian dipotong menjadi wafer, yang saat ini biasanya berdiameter 300 mm. Permukaan wafer teroksidasi membentuk lapisan silika. Salah satu wafer dibombardir dengan atom hidrogen hingga kedalaman tertentu. Kedua wafer tersebut kemudian digabungkan dalam ruang hampa dan lapisan oksidanya terikat satu sama lain. Rakitan tersebut putus di sepanjang jalur implantasi ion hidrogen. Lapisan silikon pada retakan kemudian dipoles, akhirnya meninggalkan lapisan tipis kristal Si di atas wafer “pegangan” silikon utuh di atas lapisan silika. Pandu gelombang terbentuk dari lapisan kristal tipis ini. Meskipun wafer isolator berbasis silikon (SOI) ini memungkinkan pandu gelombang fotonik silikon dengan kerugian rendah, wafer ini sebenarnya lebih umum digunakan dalam rangkaian CMOS berdaya rendah karena rendahnya arus bocor yang dihasilkannya.

Ada banyak kemungkinan bentuk pandu gelombang optik berbasis silikon, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Mulai dari pandu gelombang silika yang didoping germanium skala mikro hingga pandu gelombang Kawat Silikon skala nano. Dengan memadukan germanium, dimungkinkan untuk membuatnyafotodetektordan penyerapan listrikmodulator, dan bahkan mungkin amplifier optik. Dengan doping silikon, anmodulator optikdapat dibuat. Bawah dari kiri ke kanan adalah: pandu gelombang kawat silikon, pandu gelombang silikon nitrida, pandu gelombang silikon oksinitrida, pandu gelombang punggungan silikon tebal, pandu gelombang silikon nitrida tipis, dan pandu gelombang silikon doping. Di atas, dari kiri ke kanan, terdapat modulator deplesi, fotodetektor germanium, dan germaniumamplifier optik.

Gambar 2: Penampang rangkaian pandu gelombang optik berbasis silikon, menunjukkan kehilangan propagasi dan indeks bias yang khas.