실리콘 기반 광 전자 공학의 경우, 실리콘 광 검출기
광 검출기조명 신호를 전기 신호로 변환하고 데이터 전송 속도가 계속 향상됨에 따라 실리콘 기반 광전자 플랫폼과 통합 된 고속 광 검출기가 차세대 데이터 센터 및 통신 네트워크의 핵심이되었습니다. 이 기사는 실리콘 기반 게르마늄 (GE 또는 SI Photodetector)에 중점을 둔 고급 고속 광 검출기의 개요를 제공합니다.실리콘 광 검출기통합 광전자 기술 용.
게르마늄은 CMOS 프로세스와 호환되며 통신 파장에서 매우 강한 흡수를 갖기 때문에 실리콘 플랫폼에서 거의 적외선 검출을위한 매력적인 재료입니다. 가장 일반적인 GE/SI 광 검출기 구조는 핀 다이오드이며, 여기서 고유 한 게르 늄은 P- 타입 및 N- 타입 영역 사이에 끼워져 있습니다.
장치 구조 그림 1은 일반적인 수직 핀 GE 또는Si 광 검출기구조:
주요 특징은 다음과 같습니다. 실리콘 기판에서 성장한 게르마늄 흡수 층; 전하 운송 업체의 P 및 N 접촉을 수집하는 데 사용됩니다. 효율적인 광 흡수를위한 도파관 커플 링.
에피 택셜 성장 : 실리콘에서 고품질 게르마늄 성장은 두 재료 사이의 4.2% 격자 불일치로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 2 단계 성장 공정이 일반적으로 사용됩니다 : 저온 (300-400 ° C) 완충 층 성장 및 고온 (600 ° C 이상) 증착. 이 방법은 격자 불일치로 인한 스레딩 탈구를 제어하는 데 도움이됩니다. 800-900 ° C에서의 성장 후 어닐링은 스레딩 탈구 밀도를 약 10^7 cm^-2로 감소시킵니다. 성능 특성 : 가장 진보 된 GE /SI 핀 광 검출기는 달성 할 수 있습니다 : 응답 성, 1550 nm에서> 0.8A /W; 대역폭,> 60GHz; 암 전류, -1 V 바이어스에서 <1 μa.
실리콘 기반 광전자 플랫폼과 통합
통합고속 광 검출기실리콘 기반 광전자 플랫폼을 사용하면 고급 광학 트랜시버 및 상호 연결이 가능합니다. 두 가지 주요 통합 방법은 다음과 같습니다. 프론트 엔드 통합 (FEOL), 여기서 광 검출기 및 트랜지스터가 실리콘 기판에 동시에 제조되어 고온 처리를 허용하지만 칩 영역을 차지합니다. 백엔드 통합 (BEOL). 포토 디테이터는 CMO와의 간섭을 피하기 위해 금속 상단에 제조되지만 가공 온도가 낮은 것으로 제한됩니다.
그림 2 : 고속 GE/SI 광 검출기의 응답 성 및 대역폭
데이터 센터 응용 프로그램
고속 광 검출기는 차세대 데이터 센터 상호 연결의 핵심 구성 요소입니다. 주요 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다 : 광학 트랜시버 : 100G, 400G 이상, PAM-4 변조 사용; 에이높은 대역폭 광 검출기(> 50 GHz)가 필요합니다.
실리콘 기반 광전자 통합 회로 : 변조기 및 기타 구성 요소와 검출기의 모 놀리 식 통합; 작고 고성능 광학 엔진.
분산 아키텍처 : 분산 컴퓨팅, 스토리지 및 스토리지 간의 광 상호 연결; 에너지 효율적, 대역폭 포토 디 감지기에 대한 수요를 주도합니다.
미래의 전망
통합 된 광전자 고속 포토 디테이터의 미래는 다음과 같은 트렌드를 보여줄 것입니다.
더 높은 데이터 속도 : 800G 및 1.6T 트랜시버의 개발 주도; 100GHz보다 큰 대역폭이있는 광 검출기가 필요합니다.
개선 된 통합 : III-V 재료 및 실리콘의 단일 칩 통합; 고급 3D 통합 기술.
새로운 재료 : 초고속 광 검출을위한 2 차원 재료 (예 : 그래 핀) 탐색; 확장 된 파장 커버리지에 대한 새로운 그룹 IV 합금.
새로운 응용 프로그램 : LIDAR 및 기타 감지 응용 프로그램은 APD의 개발을 주도하고 있습니다. 높은 선형 포토 검색기가 필요한 마이크로파 광자 응용.
고속 광 검출기, 특히 GE 또는 SI 광 검출기는 실리콘 기반 광전자 및 차세대 광학 통신의 주요 동인이되었습니다. 미래의 데이터 센터 및 통신 네트워크의 증가하는 대역폭 요구를 충족시키기 위해서는 재료, 장치 설계 및 통합 기술의 지속적인 발전이 중요합니다. 필드가 계속 발전함에 따라, 우리는 더 높은 대역폭, 소음이 낮고 전자 및 광자 회로와의 원활한 통합을 가진 광 검출기를 볼 수 있습니다.
시간 후 : 1 월 20 일