광자 집적 회로(PIC) 재료 시스템
실리콘 포토닉스는 실리콘 소재 기반의 평면 구조를 이용하여 빛을 제어함으로써 다양한 기능을 구현하는 분야입니다. 본 논문에서는 광섬유 통신용 송수신기 제작에 실리콘 포토닉스를 적용하는 데 초점을 맞춥니다. 주어진 대역폭, 크기, 비용 내에서 더 많은 전송 용량을 확보해야 하는 요구가 증가함에 따라 실리콘 포토닉스는 더욱 경제적인 대안이 되고 있습니다. 광학적인 측면에서,광자 집적 기술반드시 사용해야 하며, 오늘날 대부분의 코히런트 트랜시버는 별도의 LiNbO3/평면 광파 회로(PLC) 변조기와 InP/PLC 수신기를 사용하여 제작됩니다.
그림 1: 일반적으로 사용되는 광자 집적 회로(PIC) 재료 시스템을 보여줍니다.
그림 1은 가장 널리 사용되는 PIC 소재 시스템을 보여줍니다. 왼쪽부터 실리콘 기반 실리카 PIC(PLC라고도 함), 실리콘 기반 절연체 PIC(실리콘 포토닉스), 니오브산리튬(LiNbO3), 그리고 InP 및 GaAs와 같은 III-V족 PIC입니다. 본 논문에서는 실리콘 기반 포토닉스에 초점을 맞춥니다.실리콘 포토닉스광 신호는 주로 실리콘을 통해 전달되는데, 실리콘은 1.12 전자볼트(파장 1.1 마이크론 기준)의 간접 밴드갭을 가지고 있습니다. 실리콘은 용광로에서 순수한 결정 형태로 성장시킨 후 웨이퍼로 절단하는데, 오늘날 웨이퍼의 일반적인 직경은 300mm입니다. 웨이퍼 표면은 산화 처리되어 실리카 층을 형성합니다. 웨이퍼 중 하나는 특정 깊이까지 수소 원자로 충격 처리됩니다. 그런 다음 두 웨이퍼를 진공 상태에서 접합하여 산화층이 서로 결합되도록 합니다. 접합된 웨이퍼는 수소 이온 주입선을 따라 분리됩니다. 분리된 부분의 실리콘 층을 연마하면, 실리카 층 위에 있는 손상되지 않은 실리콘 "핸들" 웨이퍼 위에 얇은 결정질 실리콘 층이 남게 됩니다. 이 얇은 결정질 층으로 도파관이 형성됩니다. 이러한 실리콘 기반 절연체(SOI) 웨이퍼는 저손실 실리콘 포토닉스 도파관을 구현할 수 있게 해주지만, 누설 전류가 낮기 때문에 저전력 CMOS 회로에 더 일반적으로 사용됩니다.
그림 2에서 볼 수 있듯이 실리콘 기반 광 도파관에는 다양한 형태가 존재합니다. 마이크로 스케일의 게르마늄 도핑 실리카 도파관부터 나노 스케일의 실리콘 와이어 도파관까지 다양합니다. 게르마늄을 첨가함으로써 다음과 같은 구조를 만들 수 있습니다.광검출기및 전기 흡수변조기그리고 광 증폭기까지도 가능할 것입니다. 실리콘에 도핑을 하면,광 변조기제작 가능한 것들입니다. 아래쪽 왼쪽부터 오른쪽으로 실리콘 와이어 도파관, 질화규소 도파관, 산화질화규소 도파관, 두꺼운 실리콘 리지 도파관, 얇은 질화규소 도파관, 도핑된 실리콘 도파관입니다. 위쪽 왼쪽부터 오른쪽으로 공핍 변조기, 게르마늄 광검출기, 게르마늄 소자가 있습니다.광 증폭기.
그림 2: 실리콘 기반 광 도파관 시리즈의 단면도로, 일반적인 전파 손실 및 굴절률을 보여준다.
게시 시간: 2024년 7월 15일