Untuk optoelektronika berbasis silikon, fotodetektor silikon
FotodetektorKonversi sinyal cahaya menjadi sinyal listrik, dan karena laju transfer data terus meningkatkan, fotodetektor berkecepatan tinggi yang terintegrasi dengan platform optoelektronika berbasis silikon telah menjadi kunci untuk pusat data generasi berikutnya dan jaringan telekomunikasi. Artikel ini akan memberikan gambaran umum tentang fotodetektor berkecepatan tinggi canggih, dengan penekanan pada germanium berbasis silikon (GE atau SI Photodetector)Fotodetektor silikonuntuk teknologi optoelektronika terintegrasi.
Germanium adalah bahan yang menarik untuk deteksi cahaya inframerah dekat pada platform silikon karena kompatibel dengan proses CMOS dan memiliki penyerapan yang sangat kuat pada panjang gelombang telekomunikasi. Struktur fotodetektor GE/SI yang paling umum adalah dioda pin, di mana germanium intrinsik diapit antara daerah tipe-p dan tipe-n.
Struktur Perangkat Gambar 1 menunjukkan pin vertikal ge yang khas atauSI Photodetectorstruktur:
Fitur utama meliputi: lapisan serap gerigasrium yang ditanam pada substrat silikon; Digunakan untuk mengumpulkan p dan n kontak pembawa muatan; Kopling pandu gelombang untuk penyerapan cahaya yang efisien.
Pertumbuhan Epitaxial: Menumbuhkan Germanium Berkualitas Tinggi pada Silikon Menantang Karena Ketidakcocokan Lattice 4,2% antara kedua bahan tersebut. Proses pertumbuhan dua langkah biasanya digunakan: suhu rendah (300-400 ° C) pertumbuhan lapisan buffer dan suhu tinggi (di atas 600 ° C) deposisi germanium. Metode ini membantu mengendalikan dislokasi threading yang disebabkan oleh ketidakcocokan kisi. Annealing pasca-pertumbuhan pada 800-900 ° C lebih lanjut mengurangi kepadatan dislokasi threading menjadi sekitar 10^7 cm^-2. Karakteristik Kinerja: Fotodetektor PIN GE /SI paling canggih dapat mencapai: Responsif,> 0,8A /W pada 1550 nm; Bandwidth,> 60 GHz; Arus gelap, <1 μA pada -1 V bias.
Integrasi dengan platform optoelektronika berbasis silikon
IntegrasiFotodetektor berkecepatan tinggidengan platform optoelektronika berbasis silikon memungkinkan transceiver optik dan interkoneksi canggih. Dua metode integrasi utama adalah sebagai berikut: Front-end Integration (FEOL), di mana fotodetektor dan transistor secara bersamaan diproduksi pada substrat silikon yang memungkinkan untuk pemrosesan suhu tinggi, tetapi mengambil area chip. Integrasi back-end (BEOL). Fotodetektor diproduksi di atas logam untuk menghindari gangguan dengan CMO, tetapi terbatas pada suhu pemrosesan yang lebih rendah.
Gambar 2: Responsif dan bandwidth fotodetektor GE/SI berkecepatan tinggi
Aplikasi Pusat Data
Fotodetektor berkecepatan tinggi adalah komponen kunci dalam generasi berikutnya dari interkoneksi pusat data. Aplikasi utama meliputi: transceiver optik: 100g, 400g dan tingkat yang lebih tinggi, menggunakan modulasi PAM-4; AFotodetektor bandwidth tinggi(> 50 GHz) diperlukan.
Sirkuit Terpadu Optoelektronik Berbasis Silikon: Integrasi Monolitik Detektor dengan Modulator dan Komponen Lainnya; Mesin optik berkinerja tinggi dan berkinerja tinggi.
Arsitektur Terdistribusi: Interkoneksi optik antara komputasi, penyimpanan, dan penyimpanan terdistribusi; Mendorong permintaan untuk fotodetektor hemat energi, bandwidth tinggi.
Outlook di masa depan
Masa depan fotodetektor berkecepatan tinggi optoelektronik terintegrasi akan menunjukkan tren berikut:
Tingkat data yang lebih tinggi: mendorong pengembangan transceiver 800G dan 1.6T; Diperlukan fotodetektor dengan bandwidth yang lebih besar dari 100 GHz.
Integrasi yang lebih baik: Integrasi chip tunggal bahan dan silikon III-V; Teknologi integrasi 3D canggih.
Bahan baru: Menjelajahi bahan dua dimensi (seperti graphene) untuk deteksi cahaya ultrafast; Paduan Grup IV baru untuk cakupan panjang gelombang yang diperluas.
Aplikasi yang muncul: Lidar dan aplikasi penginderaan lainnya mendorong pengembangan APD; Aplikasi foton microwave yang membutuhkan fotodetektor linieritas tinggi.
Fotodetektor berkecepatan tinggi, terutama fotodetektor GE atau Si, telah menjadi pendorong utama optoelektronika berbasis silikon dan komunikasi optik generasi berikutnya. Kemajuan berkelanjutan dalam material, desain perangkat, dan teknologi integrasi penting untuk memenuhi tuntutan bandwidth yang berkembang dari pusat data di masa depan dan jaringan telekomunikasi. Ketika bidang terus berkembang, kita dapat berharap untuk melihat fotodetektor dengan bandwidth yang lebih tinggi, noise yang lebih rendah, dan integrasi mulus dengan sirkuit elektronik dan fotonik.
Waktu posting: Jan-20-2025