För kiselbaserad optoelektronik, kiselfotodetektorer
FotodetektorerKonvertera ljussignaler till elektriska signaler, och när dataöverföringshastigheterna fortsätter att förbättras har höghastighetsfotodetektorer integrerade med kiselbaserade optoelektronikplattformar blivit nyckeln till nästa generations datacentra och telekommunikationsnät. Den här artikeln kommer att ge en översikt över avancerade höghastighetsfotodetektorer, med tonvikt på kiselbaserat germanium (GE eller SI fotodetektor)kiselfotodetektorerFör integrerad optoelektronikteknik.
Germanium är ett attraktivt material för nära infraröd ljusdetektering på kiselplattformar eftersom det är kompatibelt med CMOS -processer och har extremt stark absorption vid telekommunikationsvåglängder. Den vanligaste GE/SI-fotodetektorstrukturen är stiftdioden, i vilken det inneboende germanium är inklämt mellan p-typ- och n-typregionerna.
Enhetsstruktur Figur 1 visar en typisk vertikal stift GE ellerSi fotodetektorstrukturera:
Huvudfunktionerna inkluderar: Germanium Absorbing -skikt odlat på kiselsubstrat; Används för att samla in P- och N -kontakter av laddningsbärare; Vågledarkoppling för effektiv ljusabsorption.
Epitaxial tillväxt: Att växa högkvalitativt germanium på kisel är utmanande på grund av 4,2% gittermatchning mellan de två materialen. En tvåstegs tillväxtprocess används vanligtvis: låg temperatur (300-400 ° C) buffertskiktstillväxt och hög temperatur (över 600 ° C) avsättning av germanium. Denna metod hjälper till att styra gängningsförskjutningar orsakade av gittermatchningar. Återvandring efter tillväxt vid 800-900 ° C minskar ytterligare gängningsdislokationstätheten till cirka 10^7 cm^-2. Prestandaegenskaper: den mest avancerade phoDetector för GE /Si -stift kan uppnå: lyhördhet,> 0,8A /W vid 1550 nm; Bandbredd,> 60 GHz; Mörkström, <1 μA vid -1 V -förspänning.
Integration med kiselbaserade optoelektronikplattformar
Integrationen avhöghastighetsfotodetektorerMed kiselbaserade optoelektronikplattformar möjliggör avancerade optiska sändtagare och sammankopplingar. De två huvudsakliga integrationsmetoderna är följande: Front-End-integration (FEOL), där fotodetektorn och transistorn samtidigt tillverkas på ett kiselsubstrat som möjliggör hög temperaturbearbetning, men tar upp chipområdet. Back-end-integration (beol). Fotodetektorer tillverkas ovanpå metallen för att undvika störningar i CMO: er, men är begränsade till lägre bearbetningstemperaturer.
Bild 2: Ansvar och bandbredd för en höghastighets GE/SI-fotodetektor
Datacenteransökan
Höghastighetsfotodetektorer är en nyckelkomponent i nästa generation av datacenter-sammankoppling. Huvudapplikationer inkluderar: optiska sändtagare: 100g, 400 g och högre priser med PAM-4-modulering; Enfotodetektor med hög bandbredd(> 50 GHz) krävs.
Kiselbaserad optoelektronisk integrerad krets: monolitisk integration av detektor med modulator och andra komponenter; En kompakt, högpresterande optisk motor.
Distribuerad arkitektur: Optisk samtrafik mellan distribuerad dator, lagring och lagring; Kör efterfrågan på energieffektiva fotodetektorer med hög bandbredd.
Framtida utsikter
Framtiden för integrerad optoelektronisk höghastighetsfotodetektorer kommer att visa följande trender:
Högre datahastigheter: Att driva utvecklingen av 800G och 1,6T -sändtagare; Fotodetektorer med bandbredd större än 100 GHz krävs.
Förbättrad integration: Enkel chipintegration av III-V-material och kisel; Avancerad 3D -integrationsteknik.
Nya material: Utforska tvådimensionella material (såsom grafen) för ultrafast ljusdetektering; En ny grupp IV -legering för utökad våglängdstäckning.
Emerging Applications: Lidar och andra avkänningsapplikationer driver utvecklingen av APD; Mikrovågsfotonapplikationer som kräver fotodetektorer med hög linearitet.
Höghastighetsfotodetektorer, särskilt GE- eller SI-fotodetektorer, har blivit en viktig drivkraft för kiselbaserad optoelektronik och nästa generations optiska kommunikation. Fortsatta framsteg inom material, enhetsdesign och integrationsteknologier är viktiga för att möta de växande bandbreddkraven från framtida datacenter och telekommunikationsnätverk. När fältet fortsätter att utvecklas kan vi förvänta oss att se fotodetektorer med högre bandbredd, lägre brus och sömlös integration med elektroniska och fotoniska kretsar.
Inlägg: jan 20-2025