SiliziumPhotonik

SiliziumPhotonik bezeichnet die Entwicklung und Anwendung optischer Bauelemente und Wellenleiter auf Siliziumsubstraten, die Elektronik und Photonik auf engem Raum integrieren. Typische Betriebswellenlängen liegen im infraroten Bereich um 1,3 bis 1,55 Mikrometer, dem Telekomband. Ziel ist es, optische Funktionen direkt neben herkömmlicher Siliziumelektronik zu integrieren, um Datenübertragung, Signalauswertung und Sensorik effizienter zu gestalten.

Technologie und Bauweise: Oft wird ein Silizium-auf-Isolator (SOI) Stack genutzt. Wichtige Bauelemente sind Waveguides, Mikroresonatoren, Modulatoren (z. B. Carrier-Depletion- oder MOS-Modulatoren) und Ge- oder SiGe-Photodetektoren. Die Fertigung orientiert sich an CMOS-Prozessen, wodurch Skalierbarkeit und Kostenpotenzial erhöht werden. Anwendungen finden sich vor allem in Rechenzentren, Netzwerktechnik und Hochleistungsrechnern.

Herausforderungen: Silizium besitzt kein effizientes internes Licht emittieren, weshalb Lichtquellen oft durch heterogene Integration III-V-Laser oder Ge-Laser auf Silizium realisiert werden. Weitere Hürden sind optische Verluste, Temperaturabhängigkeit, Kopplungs- und Packaging-Anforderungen sowie Integrationskomplexität.

Anwendungsfelder: Optische Interconnects zwischen Chips, innerhalb von Serverracks, chip-zu-chip- und board-zu-board-Verbindungen, Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation sowie Sensoranwendungen. In der Telekommunikation dienen Siliziumphotonik-Komponenten der Verdichtung und Leistungssteigerung von Netzwerken.

Ausblick: Forschung und Industrie arbeiten an zuverlässigeren Herstellungsprozessen, besseren Bauteilmodellen, integrierten Lasern und effizienteren Kopplungsmethoden. SiliziumPhotonik gilt als Schlüsseltechnologie zur Umsetzung energieeffizienter, skalierbarer optischer Netzwerke in der Informationstechnologie.