광자 집적 회로(PIC) 재료 시스템
실리콘 포토닉스는 실리콘 소재 기반의 평면 구조를 사용하여 빛을 유도하고 다양한 기능을 구현하는 학문입니다. 본 연구에서는 광섬유 통신용 송신기 및 수신기 제작에 실리콘 포토닉스를 적용하는 데 중점을 둡니다. 주어진 대역폭, 주어진 설치 공간, 그리고 주어진 비용에서 더 많은 전송을 추가해야 할 필요성이 증가함에 따라, 실리콘 포토닉스는 경제적으로 더욱 타당해지고 있습니다. 광학 분야의 경우,광자 집적 기술사용해야 하며, 오늘날 대부분의 코히어런트 트랜시버는 별도의 LiNbO3/평면 광파 회로(PLC) 변조기와 InP/PLC 수신기를 사용하여 제작됩니다.
그림 1: 일반적으로 사용되는 광자 집적 회로(PIC) 소재 시스템을 보여줍니다.
그림 1은 가장 널리 사용되는 PIC 소재 시스템을 보여줍니다. 왼쪽부터 실리콘 기반 실리카 PIC(PLC라고도 함), 실리콘 기반 절연체 PIC(실리콘 포토닉스), 리튬 니오베이트(LiNbO3), 그리고 InP 및 GaAs와 같은 III-V족 PIC입니다. 본 논문은 실리콘 기반 포토닉스에 중점을 둡니다.실리콘 포토닉스광 신호는 주로 1.12 전자볼트(파장 1.1마이크론)의 간접 밴드갭을 갖는 실리콘을 통해 전달됩니다. 실리콘은 용광로에서 순수 결정 형태로 성장한 후 웨이퍼 형태로 절단되는데, 오늘날 일반적으로 직경 300mm입니다. 웨이퍼 표면은 산화되어 실리카 층을 형성합니다. 웨이퍼 중 하나에 수소 원자를 일정 깊이까지 충돌시킵니다. 그런 다음 두 웨이퍼를 진공 상태에서 용융시켜 산화층이 서로 결합합니다. 조립체는 수소 이온 주입 라인을 따라 파손됩니다. 균열 부위의 실리콘 층은 연마되어 실리카 층 위의 손상되지 않은 실리콘 "핸들" 웨이퍼 위에 얇은 결정질 Si 층을 남깁니다. 이 얇은 결정질 층으로 도파관이 형성됩니다. 이러한 실리콘 기반 절연체(SOI) 웨이퍼는 저손실 실리콘 포토닉스 도파관을 가능하게 하지만, 실제로는 누설 전류가 낮아 저전력 CMOS 회로에 더 많이 사용됩니다.
그림 2에서 볼 수 있듯이 실리콘 기반 광 도파로는 다양한 형태가 가능합니다. 마이크로스케일 게르마늄 도핑 실리카 도파로부터 나노스케일 실리콘 와이어 도파로까지 다양합니다. 게르마늄을 혼합하면광검출기그리고 전기 흡수변조기, 그리고 아마도 광 증폭기도 가능할 것입니다. 실리콘을 도핑함으로써광 변조기만들 수 있습니다. 왼쪽부터 오른쪽으로 아래에는 실리콘 와이어 도파관, 실리콘 질화물 도파관, 실리콘 산질화물 도파관, 두꺼운 실리콘 리지 도파관, 얇은 실리콘 질화물 도파관, 도핑된 실리콘 도파관이 있습니다. 왼쪽부터 오른쪽으로 위에는 공핍 변조기, 게르마늄 광검출기, 게르마늄이 있습니다.광 증폭기.
그림 2: 실리콘 기반 광도파관 시리즈의 단면도. 일반적인 전파 손실과 굴절률을 보여줍니다.
게시 시간: 2024년 7월 15일