සිලිකන් ෆෝටෝනික්ස් ක්රියාකාරී මූලද්රව්යය

සිලිකන් ෆෝටෝනික්ස් ක්රියාකාරී මූලද්රව්යය

ෆොටෝනික්ස් සක්‍රීය සංරචක ආලෝකය සහ පදාර්ථය අතර හිතාමතාම නිර්මාණය කරන ලද ගතික අන්තර්ක්‍රියා වෙත යොමු වේ. ෆෝටෝනික්ස් හි සාමාන්‍ය ක්‍රියාකාරී සංරචකයක් වන්නේ දෘශ්‍ය මොඩියුලේටරයයි. සියලුම වත්මන් සිලිකන් මත පදනම් වේඔප්ටිකල් මොඩියුලේටර්ප්ලාස්මා නිදහස් වාහක බලපෑම මත පදනම් වේ. මාත්‍රණයෙන් සිලිකන් ද්‍රව්‍යයක නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු සංඛ්‍යාව වෙනස් කිරීම, විද්‍යුත් හෝ දෘශ්‍ය ක්‍රම මගින් එහි සංකීර්ණ වර්තන දර්ශකය වෙනස් කළ හැක, එය Soref සහ Bennett වෙතින් නැනෝමීටර 1550ක තරංග ආයාමයකින් දත්ත සවි කිරීමෙන් ලබාගත් සමීකරණ (1,2) ක්‍රියාවලියකි. . ඉලෙක්ට්‍රෝන හා සසඳන විට, සිදුරු සැබෑ හා මනඃකල්පිත වර්තන දර්ශක වෙනස්වීම් වලින් විශාල ප්‍රතිශතයක් ඇති කරයි, එනම්, දී ඇති අලාභ වෙනසක් සඳහා විශාල අවධි වෙනසක් ඇති කළ හැකිය.Mach-Zehnder මොඩියුලේටර්සහ මුදු මොඩියුලේටර්, එය සාමාන්යයෙන් සිදුරු භාවිතා කිරීමට කැමති වේඅදියර මොඩියුලේටර්.

විවිධසිලිකන් (Si) මොඩියුලේටරයවර්ග රූප සටහන 10A හි දැක්වේ. වාහක ඉන්ජෙක්ෂන් මොඩියුලේටරයක, ආලෝකය ඉතා පුළුල් පින් හන්දියක් තුළ අභ්‍යන්තර සිලිකන් තුළ පිහිටා ඇති අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු එන්නත් කරනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, එවැනි මොඩියුලේටර් මන්දගාමී වේ, සාමාන්‍යයෙන් 500 MHz කලාප පළලක් ඇත, මන්ද නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු එන්නත් කිරීමෙන් පසු නැවත ඒකාබද්ධ වීමට වැඩි කාලයක් ගත වේ. එබැවින්, මෙම ව්‍යුහය බොහෝ විට මොඩියුලේටරයකට වඩා විචල්‍ය දෘශ්‍ය අට්ටාලයක් (VOA) ලෙස භාවිතා වේ. වාහක ක්ෂයවීම් මොඩියුලේටරයක, සැහැල්ලු කොටස පටු pn හන්දියක පිහිටා ඇති අතර, pn හන්දියේ ක්ෂය වීමේ පළල ව්‍යවහාරික විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයකින් වෙනස් වේ. මෙම මොඩියුලේටරයට 50Gb/s ට වැඩි වේගයකින් ක්‍රියා කළ හැකි නමුත් ඉහළ පසුබිම් ඇතුළත් කිරීමේ පාඩුවක් ඇත. සාමාන්ය vpil 2 V-cm වේ. ලෝහ ඔක්සයිඩ් අර්ධ සන්නායකයක් (MOS) (ඇත්ත වශයෙන්ම අර්ධ සන්නායක-ඔක්සයිඩ්-අර්ධ සන්නායක) මොඩියුලේටරයක pn හන්දියක තුනී ඔක්සයිඩ් තට්ටුවක් අඩංගු වේ. එය යම් වාහක සමුච්චයක් මෙන්ම වාහක ක්ෂය වීමට ඉඩ සලසයි, කුඩා VπL 0.2 V-cm පමණ ඉඩ ලබා දෙයි, නමුත් වැඩි දෘශ්‍ය පාඩු සහ ඒකක දිගකට වැඩි ධාරිතාවක් ඇති අවාසිය. මීට අමතරව, SiGe (silicon Germanium මිශ්‍ර ලෝහ) කලාප දාර චලනය මත පදනම් වූ SiGe විද්‍යුත් අවශෝෂණ මොඩියුලේටර් ඇත. මීට අමතරව, අවශෝෂණය කරන ලෝහ සහ විනිවිද පෙනෙන පරිවාරක අතර මාරු වීමට ග්‍රැෆීන් මත යැපෙන ග්‍රැෆීන් මොඩියුලේටර් තිබේ. අධිවේගී, අඩු පාඩු දෘශ්‍ය සංඥා මොඩියුලේෂන් සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා විවිධ යාන්ත්‍රණවල යෙදීම්වල විවිධත්වය මේවායින් පෙන්නුම් කරයි.

රූපය 10: (A) විවිධ සිලිකන් මත පදනම් වූ දෘශ්‍ය මොඩියුලේටර් මෝස්තරවල හරස්කඩ රූප සටහන සහ (B) දෘශ්‍ය අනාවරක සැලසුම්වල හරස්කඩ රූප සටහන.

සිලිකන් පාදක ආලෝක අනාවරක කිහිපයක් රූප සටහන 10B හි දැක්වේ. අවශෝෂණය කරන ද්රව්යය ජර්මනියම් (Ge) වේ. Ge ට මයික්‍රෝන 1.6ක් පමණ තරංග ආයාමයේදී ආලෝකය අවශෝෂණය කරගත හැක. වම් පසින් පෙන්වා ඇත්තේ වර්තමානයේ වඩාත්ම වාණිජමය වශයෙන් සාර්ථක පින් ව්‍යුහයයි. එය Ge වර්ධනය වන P-වර්ගයේ මාත්‍රණය කළ සිලිකන් වලින් සමන්විත වේ. Ge සහ Si 4% දැලිස් නොගැලපීමක් ඇති අතර, විස්ථාපනය අවම කිරීම සඳහා, SiGe තුනී ස්ථරයක් පළමුව ස්වාරක්ෂක ස්ථරයක් ලෙස වර්ධනය වේ. G ස්ථරයේ මුදුනේ N-type doping සිදු කරයි. ලෝහ-අර්ධ සන්නායක-ලෝහ (MSM) ෆොටෝඩයෝඩයක් මැදින් පෙන්වා ඇත, සහ APD (avalanche Photodetector) දකුණු පසින් පෙන්වා 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. රූප සටහන 11 එකලස් මට්ටමින් සංවිධානය කළ හැකි විකල්ප කිහිපයක් පෙන්වයි. වම් පසෙහි ඇති ඒකලිතික අනුකලනය වන අතර, එපිටාක්සීයව වැඩුණු ජර්මේනියම් (Ge) දෘශ්‍ය ලාභ ද්‍රව්‍යයක් ලෙස භාවිතා කිරීම, erbium-doped (Er) වීදුරු තරංග මාර්ගෝපදේශ (Al2O3 වැනි, දෘෂ්‍ය පොම්ප කිරීම අවශ්‍ය වේ), සහ epitaxially වගා කරන ලද gallium arsenide (GaAs) ) ක්වොන්ටම් තිත්. මීළඟ තීරුව III-V කාණ්ඩයේ ප්‍රතිලාභ කලාපයේ ඔක්සයිඩ් සහ කාබනික බන්ධන ඇතුළත් වේෆර් සිට වේෆර් එකලස් කිරීම වේ. මීළඟ තීරුව වන්නේ චිප්-ටු-වේෆර් එකලස් කිරීම වන අතර, සිලිකන් වේෆරයේ කුහරය තුළට III-V කාණ්ඩයේ චිපය කාවැද්දීම සහ තරංග මාර්ගෝපදේශ ව්‍යුහය සැකසීම ඇතුළත් වේ. මෙම පළමු තීරු තුනේ ප්‍රවේශයේ වාසිය නම්, කැපීමට පෙර, වේෆරය තුළ උපාංගය සම්පූර්ණයෙන් ක්‍රියාකාරීව පරීක්ෂා කළ හැකි වීමයි. දකුණු පස ඇති තීරුව වන්නේ චිප් සිට චිප් එකලස් කිරීමයි, සිලිකන් චිප්ස් III-V කාණ්ඩයේ චිප්ස් වෙත සෘජුව සම්බන්ධ කිරීම මෙන්ම කාච සහ ග්‍රේටින් කප්ලර් හරහා සම්බන්ධ කිරීම ඇතුළුව. වාණිජ යෙදුම් වෙත නැඹුරුව ප්‍රස්ථාරයේ දකුණේ සිට වම් පැත්තට වඩාත් ඒකාබද්ධ සහ ඒකාබද්ධ විසඳුම් කරා ගමන් කරයි.

රූප සටහන 11: දෘශ්‍ය ලාභය සිලිකන් මත පදනම් වූ ෆෝටෝනික්ස් වලට අනුකලනය වන ආකාරය. ඔබ වමේ සිට දකුණට ගමන් කරන විට, නිෂ්පාදන ඇතුළත් කිරීමේ ලක්ෂ්‍යය ක්‍රියාවලියේදී ක්‍රමයෙන් පසුපසට ගමන් කරයි.