מערכת חומרים של מעגלים משולבים פוטוניים (PIC)

מערכת חומרים של מעגלים משולבים פוטוניים (PIC)

פוטוניקה של סיליקון היא תחום המשתמש במבנים מישוריים המבוססים על חומרי סיליקון כדי לכוון אור ולשיג מגוון פונקציות. אנו מתמקדים כאן ביישום של פוטוניקה של סיליקון ביצירת משדרים ומקלטים לתקשורת סיבים אופטיים. ככל שהצורך להוסיף יותר שידור ברוחב פס נתון, טביעת רגל נתונה ועלות נתונה עולה, פוטוניקה של סיליקון הופכת משתלמת יותר מבחינה כלכלית. עבור החלק האופטי,טכנולוגיית אינטגרציה פוטוניתחייבים לשמש, ורוב המשדרים-מקלטים הקוהרנטיים כיום בנויים באמצעות מודולטורים נפרדים של LiNbO3/מעגל גלי אור מישוריים (PLC) ומקלטי InP/PLC.

איור 1: מציג מערכות חומרים נפוצות של מעגלים משולבים פוטוניים (PIC).

איור 1 מציג את מערכות חומרי ה-PIC הפופולריות ביותר. משמאל לימין נמצאים PIC סיליקה מבוסס סיליקון (הידוע גם בשם PLC), PIC מבודד מבוסס סיליקון (סיליקון פוטוניקה), ליתיום ניובט (LiNbO3), ו-PIC מקבוצה III-V, כגון InP ו-GaAs. מאמר זה מתמקד בפוטוניקה מבוססת סיליקון. בפוטוניקה של סיליקון, אות האור נע בעיקר בסיליקון, בעל פער פס עקיף של 1.12 אלקטרונים וולט (עם אורך גל של 1.1 מיקרון). סיליקון גדל בצורה של גבישים טהורים בכבשנים ולאחר מכן נחתך לפלסטיק, שכיום קוטרם בדרך כלל 300 מ"מ. פני השטח של הפלסטיק מתחמצנים ליצירת שכבת סיליקה. אחד הפלסטיק מופגז באטומי מימן עד לעומק מסוים. לאחר מכן שני הפלסטיק מותכים בוואקום ושכבות התחמוצת שלהם נקשרות זו לזו. המכלול נשבר לאורך קו השתלת יוני המימן. לאחר מכן, שכבת הסיליקון בסדק מלוטשת, ובסופו של דבר משאירה שכבה דקה של סיליקון גבישי על גבי פלסטיק הסיליקון השלם, הממוקם מעל שכבת הסיליקה. מוליכי גל נוצרים משכבה גבישית דקה זו. בעוד שפלסטיקים מבודדים (SOI) מבוססי סיליקון אלה מאפשרים מוליכי גל פוטוניקה מסיליקון בעלי הפסדים נמוכים, הם נמצאים בשימוש נפוץ יותר במעגלי CMOS בעלי הספק נמוך בגלל זרם הדליפה הנמוך שהם מספקים.

ישנן צורות רבות אפשריות של מוליכי גל אופטיים מבוססי סיליקון, כפי שמוצג באיור 2. הם נעים בין מוליכי גל סיליקה מסוממת בגרמניום בקנה מידה מיקרוסקופי ועד מוליכי גל חוט סיליקון בקנה מידה ננומטרי. על ידי ערבוב גרמניום, ניתן לייצרגלאי צילוםוקליטת חשמלמודולטורים, ואולי אפילו מגברים אופטיים. על ידי סימום סיליקון,מודולטור אופטיניתן לייצר. החלק התחתון משמאל לימין נמצא: מוליך גלים של חוט סיליקון, מוליך גלים של סיליקון ניטריד, מוליך גלים של סיליקון אוקסיניטריד, מוליך גלים של סיליקון רכס עבה, מוליך גלים של סיליקון ניטריד דק ומוליך גלים של סיליקון מסומם. בחלק העליון, משמאל לימין, נמצאים מודולטורי דלדול, גלאי פוטו גרמניום וגרמניום.מגברים אופטיים.

איור 2: חתך רוחב של סדרת מוליכי גל אופטיים מבוססי סיליקון, המציג הפסדי התפשטות אופייניים ומדדי שבירה.