פֿאַר סיליקאָן-באַזירטע אָפּטאָעלעקטראָניק, סיליקאָן פאָטאָדעטעקטאָרן
פאָטאָדעטעקטאָרספארוואנדלען ליכט סיגנאלן אין עלעקטרישע סיגנאלן, און ווי דאטן טראנספער ראטעס פארבעסערן זיך ווייטער, זענען הויך-גיך פאטאדעטעקטארן אינטעגרירט מיט סיליקאן-באזירטע אפטאעלעקטראניק פלאטפארמעס געווארן שליסל צו נעקסטע דור דאטן צענטערס און טעלעקאמוניקאציע נעטווארקס. דער ארטיקל וועט צושטעלן אן איבערבליק פון פארגעשריטענע הויך-גיך פאטאדעטעקטארן, מיט א טראָפּ אויף סיליקאן באזירט דזשערמאניום (Ge אדער Si פאטאדעטעקטאר)סיליקאָן פאָטאָדעטעקטאָרןפֿאַר אינטעגרירטע אָפּטאָעלעקטראָניק טעכנאָלאָגיע.
דזשערמאניום איז אן אטרעקטיווער מאטעריאל פאר נאענט-אינפרארויט ליכט דעטעקציע אויף סיליקאן פלאטפארמעס ווייל עס איז קאמפאטיבל מיט CMOS פראצעסן און האט גאר שטארקע אבסארפציע ביי טעלעקאמוניקאציע וועוולענגטס. די מערסטע פארשפרייטע Ge/Si פאטאדעטעקטאר סטרוקטור איז די פין דיאד, אין וועלכער דער אינטרינסישער דזשערמאניום איז איינגעשלאסן צווישן די P-טיפ און N-טיפ ראיאנען.
אַפּאַראַט סטרוקטור פיגור 1 ווייזט אַ טיפּיש ווערטיקאַל שטיפט Ge אָדערסי פאָטאָדעטעקטאָרסטרוקטור:
די הויפּט פֿעיִקייטן אַרייַננעמען: גערמאַניאַם אַבזאָרביִרנדיק שיכט געוואַקסן אויף סיליקאָן סאַבסטראַט; געניצט צו זאַמלען p און n קאָנטאַקטן פון אָפּצאָל טרעגער; כוואַליעגייד קאַפּלינג פֿאַר עפעקטיוו ליכט אַבזאָרפּשאַן.
עפּיטאַקסיאַל וואוקס: וואַקסן הויך-קוואַליטעט דזשערמאַניאַם אויף סיליקאָן איז אַ אַרויסרופן רעכט צו דער 4.2% גיטער מיסמאַטש צווישן די צוויי מאַטעריאַלן. א צוויי-סטעפּ וואוקס פּראָצעס ווערט געוויינטלעך געניצט: נידעריק טעמפּעראַטור (300-400°C) באַפער שיכטע וואוקס און הויך טעמפּעראַטור (העכער 600°C) דעפּאָזיציע פון דזשערמאַניאַם. די מעטאָדע העלפּס צו קאָנטראָלירן פֿאָדעם דיסלאָוקיישאַנז געפֿירט דורך גיטער מיסמאַטשאַז. נאָך-וואוקס אַנילינג ביי 800-900°C ווייטער ראַדוסאַז די פֿאָדעם דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט צו וועגן 10^7 cm^-2. פאָרשטעלונג קעראַקטעריסטיקס: דער מערסט אַוואַנסירטע Ge/Si PIN פאָטאָדעטעקטאָר קען דערגרייכן: רעספּאָנסיוונאַס, > 0.8A /W ביי 1550 nm; באַנדווידט, >60 GHz; טונקל קראַנט, <1 μA ביי -1 V בייאַס.
אינטעגראַציע מיט סיליקאָן-באַזירטע אָפּטאָעלעקטראָניק פּלאַטפאָרמעס
די אינטעגראַציע פוןהויך-גיכקייט פאָטאָדעטעקטאָרןמיט סיליקאָן-באַזירטע אָפּטאָעלעקטראָניק פּלאַטפאָרמעס ערמעגליכט אַוואַנסירטע אָפּטישע טראַנססיוויווערס און ינטערקאַנעקץ. די צוויי הויפּט אינטעגראַציע מעטאָדן זענען ווי גייט: פראָנט-ענד אינטעגראַציע (FEOL), וואו דער פאָטאָדעטעקטאָר און טראַנזיסטאָר ווערן סיימאַלטייניאַסלי פאַבריצירט אויף אַ סיליקאָן סאַבסטראַט, וואָס ערלויבט הויך-טעמפּעראַטור פּראַסעסינג, אָבער נעמט אַרויף די טשיפּ שטח. בעק-ענד אינטעגראַציע (BEOL). פאָטאָדעטעקטאָרן ווערן פאַבריצירט אויף שפּיץ פון דעם מעטאַל צו ויסמיידן ינטערפיראַנס מיט CMOS, אָבער זענען לימיטעד צו נידעריקער פּראַסעסינג טעמפּעראַטורעס.
פיגור 2: רעספּאָנסיוונאַס און באַנדברייט פון אַ הויך-גיכקייַט Ge/Si פאָטאָדעטעקטאָר
דאַטן צענטער אַפּלאַקיישאַן
הויך-גיכקייט פאָטאָדעטעקטאָרן זענען אַ שליסל קאָמפּאָנענט אין דער ווייַטער דור פון דאַטן צענטער ינטערקאַנעקשאַן. הויפּט אַפּלאַקיישאַנז אַרייַננעמען: אָפּטישע טראַנססייווערז: 100G, 400G און העכער ראַטעס, ניצן PAM-4 מאָדולאַציע; אהויך באַנדווידט פאָטאָדעטעקטאָר(>50 GHz) איז פארלאנגט.
סיליקאָן-באַזירט אָפּטאָעלעקטראָניש אינטעגרירט קרייַז: מאָנאָליטישע אינטעגראַציע פון דעטעקטאָר מיט מאָדולאַטאָר און אַנדערע קאָמפּאָנענטן; א קאָמפּאַקט, הויך-פאָרשטעלונג אָפּטיש מאָטאָר.
פאַרשפּרייטע אַרכיטעקטור: אָפּטישע פֿאַרבינדונג צווישן פאַרשפּרייטע קאָמפּיוטינג, סטאָרידזש און סטאָרידזש; טרייבט די פאָדערונג פֿאַר ענערגיע-עפֿעקטיווע, הויך-באַנדווידט פאָטאָדעטעקטאָרן.
צוקונפֿטיקע אויסזיכט
די צוקונפט פון אינטעגרירטע אָפּטאָעלעקטראָנישע הויך-גיכקייט פאָטאָדעטעקטאָרן וועט ווייַזן די פאלגענדע טרענדס:
העכערע דאַטן ראַטעס: טרייבן די אַנטוויקלונג פון 800G און 1.6T טראַנססייווערז; פאָטאָדעטעקטאָרס מיט באַנדווידטס גרעסער ווי 100 GHz זענען פארלאנגט.
פֿאַרבעסערטע אינטעגראַציע: איין-טשיפּ אינטעגראַציע פֿון III-V מאַטעריאַל און סיליקאָן; פֿאָרגעשריטענע 3D אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיע.
נייע מאַטעריאַלן: אויספאָרשן צוויי-דימענסיאָנאַלע מאַטעריאַלן (ווי גראַפֿען) פֿאַר אולטראַ-שנעלער ליכט דעטעקציע; אַ נייע גרופּע IV צומיש פֿאַר פֿאַרלענגערטע כוואַליע-ברייטע קאַווערידזש.
אויפקומענדיקע אַפּליקאַציעס: LiDAR און אַנדערע סענסינג אַפּליקאַציעס טרייבן די אַנטוויקלונג פון APD; מייקראַווייוו פאָטאָן אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן הויך לינעאַריטעט פאָטאָדעטעקטאָרן.
הויך-גיכקייט פאָטאָדעטעקטאָרן, ספּעציעל Ge אָדער Si פאָטאָדעטעקטאָרן, זענען געוואָרן אַ שליסל טרייבקראַפט פון סיליקאָן-באַזירט אָפּטאָעלעקטראָניק און ווייַטער-דור אָפּטישע קאָמוניקאַציע. קאַנטיניואַס אַדוואַנסאַז אין מאַטעריאַלס, מיטל פּלאַן, און ינטאַגריישאַן טעקנאַלאַדזשיז זענען וויכטיק צו טרעפן די גראָוינג באַנדווידט פאָדערונגען פון צוקונפֿט דאַטן סענטערס און טעלעקאָמוניקאַציע נעטוואָרקס. ווי די פעלד פאָרזעצט צו יוואַלוו, מיר קענען דערוואַרטן צו זען פאָטאָדעטעקטאָרן מיט העכער באַנדווידט, נידעריקער ראַש, און סימלאַס ינטאַגריישאַן מיט עלעקטראָניש און פאָטאָניק סערקאַץ.
פּאָסט צייט: 20סטן יאַנואַר 2025