Système de matériaux à circuit intégré photonique (PIC)
La photonique sur silicium est une discipline qui utilise des structures planaires à base de silicium pour diriger la lumière et réaliser diverses fonctions. Nous nous intéressons ici à l'application de la photonique sur silicium à la création d'émetteurs et de récepteurs pour les communications par fibre optique. Face à l'augmentation des besoins en transmission pour une bande passante, une empreinte et un coût donnés, la photonique sur silicium devient plus rentable. Pour la partie optique,technologie d'intégration photoniquedoivent être utilisés, et la plupart des émetteurs-récepteurs cohérents actuels sont construits à l'aide de modulateurs LiNbO3/circuit à ondes lumineuses planaires (PLC) séparés et de récepteurs InP/PLC.
Figure 1 : Montre les systèmes de matériaux de circuits intégrés photoniques (PIC) couramment utilisés.
La figure 1 présente les systèmes de matériaux PIC les plus courants. De gauche à droite, on trouve les PIC à base de silice (aussi appelés PLC), les PIC à base d'isolant (photonique silicium), le niobate de lithium (LiNbO3) et les PIC du groupe III-V, tels que l'InP et le GaAs. Cet article se concentre sur la photonique à base de silicium.photonique sur siliciumLe signal lumineux circule principalement dans le silicium, dont la bande interdite indirecte est de 1,12 électronvolt (avec une longueur d'onde de 1,1 micron). Le silicium est cultivé sous forme de cristaux purs dans des fours, puis découpé en plaquettes, qui mesurent aujourd'hui généralement 300 mm de diamètre. La surface de la plaquette est oxydée pour former une couche de silice. L'une des plaquettes est bombardée d'atomes d'hydrogène jusqu'à une certaine profondeur. Les deux plaquettes sont ensuite fusionnées sous vide et leurs couches d'oxyde se lient l'une à l'autre. L'assemblage se brise le long de la ligne d'implantation des ions hydrogène. La couche de silicium au niveau de la fissure est ensuite polie, laissant finalement une fine couche de silicium cristallin sur la plaquette de silicium intacte, « poignée », au-dessus de la couche de silice. Des guides d'ondes sont formés à partir de cette fine couche cristalline. Bien que ces plaquettes isolantes à base de silicium (SOI) permettent de réaliser des guides d'ondes photoniques en silicium à faible perte, elles sont en réalité plus couramment utilisées dans les circuits CMOS basse consommation en raison du faible courant de fuite qu'elles fournissent.
Il existe de nombreuses formes possibles de guides d'ondes optiques à base de silicium, comme le montre la figure 2. Ils vont des guides d'ondes en silice dopée au germanium à l'échelle microscopique aux guides d'ondes en fil de silicium à l'échelle nanométrique. En mélangeant du germanium, il est possible de fabriquerphotodétecteurset l'absorption électriquemodulateurs, et peut-être même des amplificateurs optiques. En dopant le silicium, unmodulateur optiquepeuvent être réalisés. En bas, de gauche à droite, se trouvent : un guide d'ondes en fil de silicium, un guide d'ondes en nitrure de silicium, un guide d'ondes en oxynitrure de silicium, un guide d'ondes à crête épaisse en silicium, un guide d'ondes en nitrure de silicium fin et un guide d'ondes en silicium dopé. En haut, de gauche à droite, se trouvent les modulateurs à déplétion, les photodétecteurs au germanium et le germanium.amplificateurs optiques.
Figure 2 : Coupe transversale d’une série de guides d’ondes optiques à base de silicium, montrant les pertes de propagation et les indices de réfraction typiques.
Date de publication : 15 juillet 2024