Intel zeigt schnellen elektrooptischen Silizium-Modulator

Wissenschaftler der Intel-Forschungsabteilung haben erstmals einen optischen Modulator aus Silizium realisiert, der eine Bandbreite von über einem Gigahertz aufweist. Modulatoren nach diesem Prinzip könnten direkt in die derzeit übliche Silizium-CMOS-Technologie integriert werden und so die Vorteile optischer und elektronischer Signalübertragung miteinander verbinden. Der bisherige Rekord für Silizium-Modulatoren liegt bei rund 20 Megahertz. Ansheng Liu und Kollegen beschreiben den Modulator in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature (Ansheng Liu, Richard Jones, Ling Liao, Dean Samara-Rubio, Doron Rubin, Oded Cohen, Remus Nicolaescu, Mario Paniccia, A high-speed silicon optical modulator based on a metal–oxide–semiconductor capacitor, Nature Vol 427, 12 Februar 2004, S. 615).

Silizium als Material für optolektronische Bauelemente zu verwenden ist seit den siebziger Jahren ein Wunschtraum der elektronischen Industrie. Wegen seiner physikalischen Eigenschaften ist das Material aber eigentlich herzlich ungeeignet für solche Zwecke -- Silizium lässt sich im Prinzip weder als Lichtproduzent verwenden, noch ändert es seinen Brechungsindex wesentlich, wenn man eine elektrische Spannung anlegt. Die einzige Möglichkeit hierzu -- Ladungsträger in das Silizium zu injizieren -- galt bislang als verhältnismäßig langsam.

Das Device von Ansheng Liu und Kollegen beruht nun auf der geschickten Ausnutzung des Dispersionseffektes für freie Ladungsträger und hat viel Ähnlichkeit mit einem CMOS-Transistor. Es besteht aus einem Streifen n-dotiertem Silizium mit einer oberen p-dotierten Rippe aus amorphem Polysilizium. Silizium und Rippe sind durch eine dünne Isolatorschicht getrennt. Wenn man eine Spannung an die oberen Elektroden anlegt, ändert sich die Ladungsträgerkonzentration an der Grenzfläche und damit der Brechungsindex des Siliziums in diesem Bereich, was zu einer Phasenverschiebung von Licht führt, das durch das Silizium geleitet wird. Diese Phasenverschiebung kann man dann in eine Amplitudenmodulation des Lichtes umsetzen. (wst)