دعونا نلقي نظرة اليوم على مؤتمر OFC2024أجهزة الكشف الضوئيوالتي تشمل بشكل رئيسي GeSi PD/APD و InP SOA-PD و UTC-PD.
1. يحقق جهاز UCDAVIS رنينًا ضعيفًا غير متماثل من نوع فابري-بيرو عند طول موجي 1315.5 نانومتركاشف ضوئيبسعة صغيرة جدًا، تُقدّر بـ 0.08 فمتوفاراد. عند تطبيق جهد انحياز -1 فولت (-2 فولت)، يكون تيار الظلام 0.72 نانو أمبير (3.40 نانو أمبير)، ومعدل الاستجابة 0.93 أمبير/واط (0.96 أمبير/واط). تبلغ القدرة الضوئية المشبعة 2 ميلي واط (3 ميلي واط). ويمكنه دعم تجارب نقل البيانات عالية السرعة بتردد 38 جيجاهرتز.
يوضح الرسم التخطيطي التالي بنية كاشف الضوء AFP، والذي يتكون من دليل موجي مقترن بطبقة من الجرمانيوم علىكاشف ضوئي من السيليكونيتميز هذا الجهاز بموجه ضوئي أمامي من نوع SOI-Ge يحقق اقترانًا متطابقًا للأنماط بنسبة تزيد عن 90% مع انعكاسية أقل من 10%. أما الجزء الخلفي فهو عاكس براغ موزع (DBR) بانعكاسية تزيد عن 95%. وبفضل تصميم التجويف الأمثل (شرط مطابقة الطور ذهابًا وإيابًا)، يمكن التخلص من انعكاس وانتقال رنان AFP، مما يؤدي إلى امتصاص كاشف الجرمانيوم بنسبة تقارب 100%. وعلى امتداد نطاق التردد المركزي البالغ 20 نانومتر، تكون نسبة الانعكاس + الانتقال (R+T) أقل من 2% (-17 ديسيبل). يبلغ عرض الجرمانيوم 0.6 ميكرومتر، وتُقدر السعة بـ 0.08 فمتوفاراد.
2- أنتجت جامعة هوا تشونغ للعلوم والتكنولوجيا سيليكون الجرمانيومثنائي ضوئي انهياريعرض نطاق ترددي > 67 جيجاهرتز، كسب > 6.6. SACMكاشف ضوئي APDتم تصنيع بنية وصلة بايبين المستعرضة على منصة بصرية من السيليكون. يعمل الجرمانيوم النقي (i-Ge) والسيليكون النقي (i-Si) كطبقة ماصة للضوء وطبقة مضاعفة للإلكترونات، على التوالي. تضمن منطقة i-Ge بطول 14 ميكرومتر امتصاصًا كافيًا للضوء عند 1550 نانومتر. تُسهم مناطق i-Ge وi-Si الصغيرة في زيادة كثافة التيار الضوئي وتوسيع نطاق التردد تحت جهد انحياز عالٍ. تم قياس خريطة عين الثنائي الضوئي الانهياري (APD) عند -10.6 فولت. عند قدرة إدخال ضوئية تبلغ -14 ديسيبل ميلي واط، تظهر أدناه خريطة عين إشارات OOK بسرعة 50 جيجابت/ثانية و64 جيجابت/ثانية، حيث بلغت نسبة الإشارة إلى الضوضاء المقاسة 17.8 و13.2 ديسيبل، على التوالي.
3. تُظهر مرافق خط الإنتاج التجريبي لتقنية BiCMOS مقاس 8 بوصات من IHP الجرمانيومكاشف ضوئي PDبعرض زعانف يبلغ حوالي 100 نانومتر، مما يُتيح توليد أعلى مجال كهربائي وأقصر زمن انجراف لحاملات الشحنة الضوئية. يتميز كاشف الجرمانيوم الضوئي بنطاق ترددي للتشغيل الكهربائي يبلغ 265 جيجاهرتز عند 2 فولت وتيار ضوئي مستمر 1.0 مللي أمبير. يوضح الشكل أدناه مخطط عملية التصنيع. وتتمثل الميزة الأبرز في الاستغناء عن تقنية زرع الأيونات المختلطة التقليدية، واعتماد أسلوب الحفر أثناء النمو لتجنب تأثير زرع الأيونات على الجرمانيوم. يبلغ تيار الظلام 100 نانو أمبير، والمقاومة 0.45 أمبير/واط.
في 4، يعرض معهد هيرتفوردشير للأبحاث الضوئية (HHI) جهازًا ضوئيًا متطورًا من نوع InP SOA-PD، يتكون من مُجمِّع أشباه الموصلات (SSC) ومضخم أشباه الموصلات متعدد الآبار الكمومية (MQW-SOA) وكاشف ضوئي عالي السرعة. بالنسبة لنطاق O، يتميز الكاشف الضوئي (PD) باستجابة تبلغ 0.57 أمبير/واط مع فقدان طاقة أقل من 1 ديسيبل، بينما يتميز جهاز SOA-PD باستجابة تبلغ 24 أمبير/واط مع فقدان طاقة أقل من 1 ديسيبل. يبلغ عرض النطاق الترددي لكليهما حوالي 60 جيجاهرتز، ويمكن عزو الفرق البالغ 1 جيجاهرتز إلى تردد الرنين لمضخم أشباه الموصلات. لم يُلاحظ أي تأثير نمطي على صورة العين الفعلية. يُقلل جهاز SOA-PD من الطاقة الضوئية المطلوبة بحوالي 13 ديسيبل عند سرعة 56 جيجابود.
٥. تُطبّق جامعة ETH تصميمًا مُحسّنًا من النوع الثاني لثنائي ضوئي فائق التوصيل من نوع GaInAsSb/InP، بعرض نطاق ترددي يبلغ 60 جيجاهرتز عند انحياز صفري وقدرة خرج عالية تصل إلى -11 ديسيبل ميلي واط عند 100 جيجاهرتز. يُعدّ هذا التصميم استكمالًا للنتائج السابقة، مستفيدًا من قدرات نقل الإلكترونات المُحسّنة لـ GaInAsSb. تتضمن طبقات الامتصاص المُحسّنة في هذه الورقة طبقة GaInAsSb مُطعّمة بكثافة عالية بسماكة 100 نانومتر وطبقة GaInAsSb غير مُطعّمة بسماكة 20 نانومتر. تُساهم طبقة NID في تحسين الاستجابة العامة وتقليل السعة الكلية للجهاز، فضلًا عن تحسين عرض النطاق الترددي. يتميز الثنائي الضوئي فائق التوصيل، بمساحة 64 ميكرومتر مربع، بعرض نطاق ترددي يبلغ 60 جيجاهرتز عند انحياز صفري، وقدرة خرج تبلغ -11 ديسيبل ميلي واط عند 100 جيجاهرتز، وتيار تشبع يبلغ 5.5 ميلي أمبير. عند انحياز عكسي قدره 3 فولت، يزداد عرض النطاق الترددي إلى 110 جيجاهرتز.
6. قامت شركة إنولايت بوضع نموذج استجابة التردد لكاشف ضوئي من الجرمانيوم والسيليكون، مع مراعاة تشويب الجهاز، وتوزيع المجال الكهربائي، وزمن انتقال حاملات الشحنة الضوئية. ونظرًا للحاجة إلى طاقة دخل عالية ونطاق ترددي واسع في العديد من التطبيقات، فإن زيادة طاقة الدخل الضوئية ستؤدي إلى انخفاض النطاق الترددي، لذا فإن أفضل الممارسات هي تقليل تركيز حاملات الشحنة في الجرمانيوم من خلال التصميم الهيكلي.
7. صممت جامعة تسينغهوا ثلاثة أنواع من أجهزة UTC-PD، (1) جهاز UTC-PD ذو بنية طبقة الانجراف المزدوجة (DDL) بعرض نطاق ترددي 100 جيجاهرتز وقدرة تشبع عالية، (2) جهاز UTC-PD ذو بنية طبقة الانجراف المزدوجة (DCL) بعرض نطاق ترددي 100 جيجاهرتز واستجابة عالية، (3) جهاز UTC-PD ذو عرض نطاق ترددي 230 جيجاهرتز وقدرة تشبع عالية. بالنسبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة، قد تكون قدرة التشبع العالية وعرض النطاق الترددي العالي والاستجابة العالية مفيدة في المستقبل عند دخول عصر 200 جيجا.
تاريخ النشر: 19 أغسطس 2024