සිලිකන් ෆෝටෝනික්ස් ක්‍රියාකාරී මූලද්‍රව්‍යය

සිලිකන් ෆෝටෝනික්ස් ක්‍රියාකාරී මූලද්‍රව්‍යය

ෆෝටෝනික්ස් ක්‍රියාකාරී සංරචක විශේෂයෙන් ආලෝකය සහ පදාර්ථය අතර හිතාමතාම නිර්මාණය කරන ලද ගතික අන්තර්ක්‍රියා සඳහා යොමු වේ. ෆෝටෝනික්ස් හි සාමාන්‍ය ක්‍රියාකාරී සංරචකයක් වන්නේ දෘශ්‍ය මොඩියුලේටරයකි. සියලුම වත්මන් සිලිකන්-පාදකදෘශ්‍ය මොඩියුලේටර්ප්ලාස්මා නිදහස් වාහක ආචරණය මත පදනම් වේ. මාත්‍රණය, විද්‍යුත් හෝ දෘශ්‍ය ක්‍රම මගින් සිලිකන් ද්‍රව්‍යයක නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු ගණන වෙනස් කිරීමෙන් එහි සංකීර්ණ වර්තන දර්ශකය වෙනස් කළ හැකිය, නැනෝමීටර 1550 ක තරංග ආයාමයකින් සොරෙෆ් සහ බෙනට් වෙතින් දත්ත සවි කිරීමෙන් ලබාගත් සමීකරණ (1,2) හි දැක්වෙන ක්‍රියාවලියකි. ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සසඳන විට, සිදුරු සැබෑ සහ මනඃකල්පිත වර්තන දර්ශක වෙනස්කම් වලින් විශාල ප්‍රමාණයක් ඇති කරයි, එනම්, දී ඇති පාඩු වෙනසක් සඳහා ඒවාට විශාල අවධි වෙනසක් ඇති කළ හැකිය, එබැවින්මැක්-සෙහෙන්ඩර් මොඩියුලේටර්සහ මුදු මොඩියුලේටර්, සාමාන්‍යයෙන් සිදුරු භාවිතා කර සෑදීමට කැමැත්තක් දක්වයිඅදියර මොඩියුලේටර්.

විවිධසිලිකන් (Si) මොඩියුලේටරයවර්ග රූපය 10A හි දක්වා ඇත. වාහක එන්නත් මොඩියුලේටරයක, ආලෝකය ඉතා පුළුල් පින් සන්ධියක් තුළ අභ්‍යන්තර සිලිකන් තුළ පිහිටා ඇති අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු එන්නත් කරනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, එවැනි මොඩියුලේටර් මන්දගාමී වේ, සාමාන්‍යයෙන් 500 MHz කලාප පළලක් සහිතව, නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු එන්නත් කිරීමෙන් පසු නැවත ඒකාබද්ධ වීමට වැඩි කාලයක් ගතවේ. එබැවින්, මෙම ව්‍යුහය බොහෝ විට මොඩියුලේටරයකට වඩා විචල්‍ය දෘශ්‍ය අත්තනෝමතිකයක් (VOA) ලෙස භාවිතා කරයි. වාහක ක්ෂය කිරීමේ මොඩියුලේටරයක, ආලෝක කොටස පටු pn සන්ධියක පිහිටා ඇති අතර, pn හන්දියේ ක්ෂය වීමේ පළල යොදන ලද විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් මගින් වෙනස් වේ. මෙම මොඩියුලේටරය 50Gb/s ඉක්මවන වේගයකින් ක්‍රියා කළ හැකි නමුත් ඉහළ පසුබිම් ඇතුළත් කිරීමේ අලාභයක් ඇත. සාමාන්‍ය vpil 2 V-cm වේ. ලෝහ ඔක්සයිඩ් අර්ධ සන්නායක (MOS) (ඇත්ත වශයෙන්ම අර්ධ සන්නායක-ඔක්සයිඩ්-අර්ධ සන්නායක) මොඩියුලේටරයක pn සන්ධියක තුනී ඔක්සයිඩ් තට්ටුවක් අඩංගු වේ. එය යම් වාහක සමුච්චයක් මෙන්ම වාහක ක්ෂය වීමට ඉඩ සලසයි, 0.2 V-cm පමණ කුඩා VπL ඉඩ සලසයි, නමුත් ඉහළ දෘශ්‍ය පාඩු සහ ඒකක දිගකට ඉහළ ධාරිතාවයේ අවාසිය ඇත. ඊට අමතරව, SiGe (සිලිකන් ජර්මේනියම් මිශ්‍ර ලෝහය) කලාප දාර චලනය මත පදනම් වූ SiGe විද්‍යුත් අවශෝෂණ මොඩියුලේටර් ඇත. ඊට අමතරව, අවශෝෂක ලෝහ සහ විනිවිද පෙනෙන පරිවාරක අතර මාරු වීමට ග්‍රැෆීන් මත රඳා පවතින ග්‍රැෆීන් මොඩියුලේටර් ඇත. මේවා අධිවේගී, අඩු පාඩු දෘශ්‍ය සංඥා මොඩියුලේෂන් ලබා ගැනීම සඳහා විවිධ යාන්ත්‍රණවල යෙදීම්වල විවිධත්වය පෙන්නුම් කරයි.

රූපය 10: (A) විවිධ සිලිකන්-පාදක දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර් සැලසුම්වල හරස්කඩ රූප සටහන සහ (B) දෘශ්‍ය අනාවරක සැලසුම්වල හරස්කඩ රූප සටහන.

සිලිකන් මත පදනම් වූ ආලෝක අනාවරක කිහිපයක් රූපය 10B හි දක්වා ඇත. අවශෝෂක ද්‍රව්‍යය ජර්මේනියම් (Ge) වේ. Ge මයික්‍රෝන 1.6 ක් පමණ දක්වා තරංග ආයාමයකින් ආලෝකය අවශෝෂණය කර ගැනීමට සමත් වේ. වම් පසින් පෙන්වා ඇත්තේ අද වන විට වාණිජමය වශයෙන් වඩාත්ම සාර්ථක පින් ව්‍යුහයයි. එය Ge වර්ධනය වන P-වර්ගයේ මාත්‍රණය කරන ලද සිලිකන් වලින් සමන්විත වේ. Ge සහ Si 4% දැලිස් නොගැලපීමක් ඇති අතර, විස්ථාපනය අවම කිරීම සඳහා, SiGe තුනී ස්ථරයක් මුලින්ම බෆර් ස්ථරයක් ලෙස වගා කෙරේ. Ge ස්ථරයේ මුදුනේ N-වර්ගයේ මාත්‍රණය සිදු කරනු ලැබේ. ලෝහ-අර්ධ සන්නායක-ලෝහ (MSM) ෆොටෝඩියෝඩයක් මැදින් දක්වා ඇති අතර, APD (හිම කුණාටු ඡායාරූප අනාවරකය) දකුණු පසින් දක්වා ඇත. APD හි හිම කුණාටු කලාපය Si හි පිහිටා ඇති අතර, එය III-V කාණ්ඩයේ මූලද්‍රව්‍ය ද්‍රව්‍යවල හිම කුණාටු කලාපයට සාපේක්ෂව අඩු ශබ්ද ලක්ෂණ ඇත.

වර්තමානයේ, සිලිකන් ෆෝටෝනික්ස් සමඟ දෘශ්‍ය ලාභය ඒකාබද්ධ කිරීමේදී පැහැදිලි වාසි සහිත විසඳුම් නොමැත. රූපය 11 එකලස් කිරීමේ මට්ටම අනුව සංවිධානය කළ හැකි විකල්ප කිහිපයක් පෙන්වයි. වම් කෙළවරේ ඇත්තේ එපිටැක්සියල් ලෙස වැඩුණු ජර්මනියම් (Ge) දෘශ්‍ය ලාභ ද්‍රව්‍යයක් ලෙස භාවිතා කිරීම, එර්බියම්-ඩෝප් කරන ලද (Er) වීදුරු තරංග මාර්ගෝපදේශ (Al2O3 වැනි, දෘශ්‍ය පොම්ප කිරීම අවශ්‍ය වේ) සහ එපිටැක්සියල් ලෙස වැඩුණු ගැලියම් ආසනයිඩ් (GaAs) ක්වොන්ටම් තිත් ඇතුළත් ඒකලිතික ඒකාබද්ධ කිරීම් ය. ඊළඟ තීරුව වේෆර් සිට වේෆර් එකලස් කිරීම වන අතර, III-V කාණ්ඩ ලාභ කලාපයේ ඔක්සයිඩ් සහ කාබනික බන්ධනය ඇතුළත් වේ. ඊළඟ තීරුව චිප්-ටු-වේෆර් එකලස් කිරීම වන අතර, එයට III-V කාණ්ඩ චිපය සිලිකන් වේෆරයේ කුහරයට කාවැද්දීම සහ පසුව තරංග මාර්ගෝපදේශ ව්‍යුහය යන්ත්‍රගත කිරීම ඇතුළත් වේ. මෙම පළමු තීරු තුනේ ප්‍රවේශයේ වාසිය නම්, කැපීමට පෙර උපාංගය වේෆර් තුළ සම්පූර්ණයෙන්ම ක්‍රියාකාරී ලෙස පරීක්ෂා කළ හැකි වීමයි. දකුණු පස ඇති තීරුව චිප්-ටු-චිප් එකලස් කිරීම වන අතර, සිලිකන් චිප් III-V කාණ්ඩ චිප් වලට සෘජුවම සම්බන්ධ කිරීම මෙන්ම කාච සහ ග්‍රේටින් කප්ලර් හරහා සම්බන්ධ කිරීම ඇතුළත් වේ. වාණිජ යෙදුම් කෙරෙහි ඇති ප්‍රවණතාවය ප්‍රස්ථාරයේ දකුණේ සිට වමට වඩාත් ඒකාබද්ධ හා ඒකාබද්ධ විසඳුම් දෙසට ගමන් කරමින් පවතී.

රූපය 11: සිලිකන් පාදක ෆෝටෝනික්ස් වලට දෘශ්‍ය ලාභය ඒකාබද්ධ කර ඇති ආකාරය. ඔබ වමේ සිට දකුණට ගමන් කරන විට, නිෂ්පාදන ඇතුළත් කිරීමේ ලක්ෂ්‍යය ක්‍රමයෙන් ක්‍රියාවලියේදී පසුපසට ගමන් කරයි.