Sistema de materiais de circuito integrado fotônico (PIC)
A fotônica de silício é uma disciplina que utiliza estruturas planas baseadas em materiais de silício para direcionar a luz e alcançar uma variedade de funções. Neste trabalho, focamos na aplicação da fotônica de silício na criação de transmissores e receptores para comunicações por fibra óptica. À medida que a necessidade de aumentar a transmissão com uma determinada largura de banda, em um determinado espaço e a um determinado custo aumenta, a fotônica de silício torna-se cada vez mais viável economicamente. Para a parte óptica,tecnologia de integração fotônicadeve ser usado, e a maioria dos transceptores coerentes atuais são construídos usando moduladores LiNbO3/circuito planar de ondas de luz (PLC) separados e receptores InP/PLC.
Figura 1: Mostra sistemas de materiais de circuitos integrados fotônicos (PIC) comumente usados.
A Figura 1 mostra os sistemas de materiais PIC mais populares. Da esquerda para a direita, temos: PIC de sílica à base de silício (também conhecido como PLC), PIC de isolante à base de silício (fotônica de silício), niobato de lítio (LiNbO3) e PIC do grupo III-V, como InP e GaAs. Este artigo se concentra na fotônica baseada em silício.fotônica de silícioO sinal luminoso se propaga principalmente no silício, que possui uma banda proibida indireta de 1,12 elétron-volts (com um comprimento de onda de 1,1 micrômetros). O silício é cultivado na forma de cristais puros em fornos e, em seguida, cortado em wafers, que hoje em dia têm tipicamente 300 mm de diâmetro. A superfície do wafer é oxidada para formar uma camada de sílica. Um dos wafers é bombardeado com átomos de hidrogênio até uma certa profundidade. Os dois wafers são então fundidos a vácuo e suas camadas de óxido se unem. O conjunto se rompe ao longo da linha de implantação de íons de hidrogênio. A camada de silício na fissura é então polida, deixando uma fina camada de silício cristalino sobre o wafer de silício intacto ("alça"), que por sua vez está sobre a camada de sílica. Guias de onda são formados a partir dessa fina camada cristalina. Embora esses wafers de isolante à base de silício (SOI) possibilitem guias de onda fotônicos de silício com baixa perda, eles são mais comumente usados em circuitos CMOS de baixa potência devido à baixa corrente de fuga que proporcionam.
Existem muitas formas possíveis de guias de onda ópticos à base de silício, como mostrado na Figura 2. Eles variam de guias de onda de sílica dopada com germânio em microescala a guias de onda de fio de silício em nanoescala. Ao misturar germânio, é possível criar...fotodetectorese absorção elétricamoduladorese possivelmente até amplificadores ópticos. Ao dopar o silício, ummodulador ópticopodem ser fabricados. Na parte inferior, da esquerda para a direita, estão: guia de onda de fio de silício, guia de onda de nitreto de silício, guia de onda de oxinitreto de silício, guia de onda de crista de silício espessa, guia de onda de nitreto de silício fina e guia de onda de silício dopado. Na parte superior, da esquerda para a direita, estão moduladores de depleção, fotodetectores de germânio e germânio.amplificadores ópticos.
Figura 2: Corte transversal de uma série de guias de onda ópticos à base de silício, mostrando as perdas de propagação e os índices de refração típicos.
Data da publicação: 15 de julho de 2024