Siliziumphotonik
Was gilt als eine der Hauptursachen für die Ausbreitungsverluste (dB/cm) von Silizium-Wellenleitern?
- ALichtstreuung an feinen Rauigkeiten der durch Ätzen entstandenen Seitenwände
- BBand-zu-Band-Absorption, bei der Photonen der Telekommunikationswellenlängen Elektronen des Siliziums vom Valenzband ins Leitungsband anregen
- CSignalverzerrung durch übermäßige Lichtverstärkung im Oxid, das den Wellenleiter umgibt
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Antwort: A. Lichtstreuung an feinen Rauigkeiten der durch Ätzen entstandenen Seitenwände
In Silizium-Wellenleitern streuen Rauigkeiten von einigen nm, die durch Lithografie und Ätzen an den Seitenwänden entstehen, das Licht aus dem Wellenleiter heraus. Da der Brechungsindexunterschied zwischen Silizium und Oxid groß und der Wellenleiter schmal ist, ist auch die Lichtintensität an den Seitenwänden hoch, sodass die Streuung stark ins Gewicht fällt. Die Ausbreitungsverluste typischer Streifenwellenleiter liegen je nach Bedingungen bei etwa 1 bis 3 dB/cm (bei verlustarmen Prozessen unter 1 dB/cm) und werden etwa durch Rippenwellenleiter, breitere Wellenleiter oder Glätten der Seitenwände durch Oxidation oder Wärmebehandlung in Wasserstoff verringert. Da die Photonenenergie bei Telekommunikationswellenlängen kleiner als die Bandlücke von Silizium ist, tritt keine Band-zu-Band-Absorption auf.