ಫೋಟೊನಿಕ್ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನ ವಿನ್ಯಾಸ

ನ ವಿನ್ಯಾಸಫೋಟೊನಿಕ್ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್

ಫೋಟೊನಿಕ್ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು(PIC) ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಗಣಿತದ ಸ್ಕ್ರಿಪ್ಟ್‌ಗಳ ಸಹಾಯದಿಂದ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇಂಟರ್‌ಫೆರೋಮೀಟರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಮಾರ್ಗದ ಉದ್ದದ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆ ಅಥವಾ ಮಾರ್ಗದ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿರುವ ಇತರ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು.PICವೇಫರ್‌ನಲ್ಲಿ ಬಹು ಪದರಗಳನ್ನು (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 10 ರಿಂದ 30) ಪ್ಯಾಟರ್ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಅನೇಕ ಬಹುಭುಜಾಕೃತಿಯ ಆಕಾರಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಇದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ GDSII ಸ್ವರೂಪದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಫೋಟೋಮಾಸ್ಕ್ ತಯಾರಕರಿಗೆ ಫೈಲ್ ಅನ್ನು ಕಳುಹಿಸುವ ಮೊದಲು, ವಿನ್ಯಾಸದ ಸರಿಯಾದತೆಯನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲು PIC ಅನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವಂತೆ ಬಲವಾಗಿ ಅಪೇಕ್ಷಣೀಯವಾಗಿದೆ. ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಅನ್ನು ಬಹು ಹಂತಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ: ಕಡಿಮೆ ಮಟ್ಟವು ಮೂರು-ಆಯಾಮದ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ (EM) ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಆಗಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಅನ್ನು ಉಪ-ತರಂಗಾಂತರ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದಾಗ್ಯೂ ವಸ್ತುವಿನ ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಮ್ಯಾಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟ ವಿಧಾನಗಳು ಮೂರು ಆಯಾಮದ ಸೀಮಿತ-ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಸಮಯ-ಡೊಮೇನ್ (3D FDTD) ಮತ್ತು ಐಜೆನ್‌ಮೋಡ್ ವಿಸ್ತರಣೆ (EME) ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ. ಈ ವಿಧಾನಗಳು ಅತ್ಯಂತ ನಿಖರವಾಗಿದೆ, ಆದರೆ ಸಂಪೂರ್ಣ PIC ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಸಮಯಕ್ಕೆ ಅಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿದೆ. ಮುಂದಿನ ಹಂತವು 2.5-ಆಯಾಮದ EM ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಆಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸೀಮಿತ-ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಕಿರಣದ ಪ್ರಸರಣ (FD-BPM). ಈ ವಿಧಾನಗಳು ಹೆಚ್ಚು ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಕೆಲವು ನಿಖರತೆಯನ್ನು ತ್ಯಾಗ ಮಾಡಿ ಮತ್ತು ಪ್ಯಾರಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಮಾತ್ರ ನಿಭಾಯಿಸಬಲ್ಲದು ಮತ್ತು ಅನುರಣಕಗಳನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ. ಮುಂದಿನ ಹಂತವು 2D EM ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಆಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ 2D FDTD ಮತ್ತು 2D BPM. ಇವುಗಳು ಸಹ ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಅವು ಧ್ರುವೀಕರಣದ ಆವರ್ತಕಗಳನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲದಂತಹ ಸೀಮಿತ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಮುಂದಿನ ಹಂತವೆಂದರೆ ಪ್ರಸರಣ ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರಮುಖ ಘಟಕವನ್ನು ಇನ್‌ಪುಟ್ ಮತ್ತು ಔಟ್‌ಪುಟ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಘಟಕಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಂಪರ್ಕಿತ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ಅನ್ನು ಹಂತ ಶಿಫ್ಟ್ ಮತ್ತು ಅಟೆನ್ಯೂಯೇಶನ್ ಅಂಶಕ್ಕೆ ಇಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳು ಅತ್ಯಂತ ವೇಗವಾಗಿವೆ. ಇನ್ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್ನಿಂದ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಮಿಷನ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಗುಣಿಸುವ ಮೂಲಕ ಔಟ್ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ (ಅದರ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಎಸ್-ಪ್ಯಾರಾಮೀಟರ್‌ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ) ಘಟಕದ ಇನ್ನೊಂದು ಬದಿಯಲ್ಲಿ ಇನ್‌ಪುಟ್ ಮತ್ತು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ಒಂದು ಬದಿಯಲ್ಲಿ ಇನ್‌ಪುಟ್ ಮತ್ತು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ಗುಣಿಸುತ್ತದೆ. ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ, ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಅಂಶದ ಒಳಗೆ ಪ್ರತಿಫಲನವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪ್ರತಿ ಆಯಾಮದಲ್ಲಿ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಮಿಷನ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ಗಿಂತ ಎರಡು ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ, 3D EM ನಿಂದ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಮಿಷನ್/ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ವರೆಗೆ, ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ನ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪದರವು ವೇಗ ಮತ್ತು ನಿಖರತೆಯ ನಡುವೆ ವ್ಯಾಪಾರ-ವಹಿವಾಟುಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿನ್ಯಾಸ ಊರ್ಜಿತಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸಲು ವಿನ್ಯಾಸಕರು ತಮ್ಮ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅಗತ್ಯಗಳಿಗಾಗಿ ಸರಿಯಾದ ಮಟ್ಟದ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಅನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡುತ್ತಾರೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ಕೆಲವು ಅಂಶಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ ಮತ್ತು ಸಂಪೂರ್ಣ PIC ಅನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್/ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಫರ್ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ಫ್ಲೋ ಪ್ಲೇಟ್‌ನ ಮುಂದೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸರಿಯಾದ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಖಾತರಿಪಡಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ತಪ್ಪಾಗಿ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲಾದ ಮಾರ್ಗದ ಉದ್ದಗಳು, ಹೈ-ಆರ್ಡರ್ ಮೋಡ್‌ಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಲು ವಿಫಲವಾದ ಮಲ್ಟಿಮೋಡ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಪರಸ್ಪರ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಎರಡು ವೇವ್‌ಗೈಡ್‌ಗಳು ಅನಿರೀಕ್ಷಿತ ಜೋಡಣೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವುದರಿಂದ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪತ್ತೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸುಧಾರಿತ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಉಪಕರಣಗಳು ಶಕ್ತಿಯುತ ವಿನ್ಯಾಸ ಊರ್ಜಿತಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತವೆಯಾದರೂ, ವಿನ್ಯಾಸದ ನಿಖರತೆ ಮತ್ತು ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹತೆಯನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಮತ್ತು ಅಪಾಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನುಭವ ಮತ್ತು ತಾಂತ್ರಿಕ ಜ್ಞಾನದೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ವಿನ್ಯಾಸಕಾರರಿಂದ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಟ್ಟದ ಜಾಗರೂಕತೆ ಮತ್ತು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯ ಪರಿಶೀಲನೆಯ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಹರಿವಿನ ಹಾಳೆ.

ವಿರಳ FDTD ಎಂಬ ತಂತ್ರವು ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಮೌಲ್ಯೀಕರಿಸಲು ಸಂಪೂರ್ಣ PIC ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ 3D ಮತ್ತು 2D FDTD ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ. ಯಾವುದೇ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಉಪಕರಣವು ಬಹಳ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ PIC ಅನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿದ್ದರೂ, ವಿರಳವಾದ FDTD ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡ ಸ್ಥಳೀಯ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ 3D FDTD ಯಲ್ಲಿ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದ ಪರಿಮಾಣದೊಳಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಆರು ಘಟಕಗಳನ್ನು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಪ್ರಾರಂಭವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಮಯ ಮುಂದುವರೆದಂತೆ, ಸಂಪುಟದಲ್ಲಿನ ಹೊಸ ಕ್ಷೇತ್ರ ಘಟಕವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಹೀಗೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಹಂತಕ್ಕೂ ಸಾಕಷ್ಟು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ಬಹಳ ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ವಿರಳವಾದ 3D FDTD ಯಲ್ಲಿ, ಪರಿಮಾಣದ ಪ್ರತಿ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವ ಬದಲು, ಕ್ಷೇತ್ರ ಘಟಕಗಳ ಪಟ್ಟಿಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ನಿರಂಕುಶವಾಗಿ ದೊಡ್ಡ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆ ಘಟಕಗಳಿಗೆ ಮಾತ್ರ ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು. ಪ್ರತಿ ಬಾರಿ ಹಂತದಲ್ಲೂ, ಕ್ಷೇತ್ರ ಘಟಕಗಳ ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಿದ್ಯುತ್ ಮಿತಿಗಿಂತ ಕೆಳಗಿನ ಕ್ಷೇತ್ರ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಕೈಬಿಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಲವು ರಚನೆಗಳಿಗೆ, ಈ ಗಣನೆಯು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ 3D FDTD ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ವೇಗವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಪ್ರಸರಣ ರಚನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವ್ಯವಹರಿಸುವಾಗ ವಿರಳವಾದ ಎಫ್‌ಡಿಟಿಡಿಎಸ್ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಏಕೆಂದರೆ ಈ ಸಮಯದ ಕ್ಷೇತ್ರವು ತುಂಬಾ ಹರಡುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಪಟ್ಟಿಗಳು ತುಂಬಾ ಉದ್ದವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ಚಿತ್ರ 1 ಧ್ರುವೀಕರಣ ಬೀಮ್ ಸ್ಪ್ಲಿಟರ್ (PBS) ಗೆ ಹೋಲುವ 3D FDTD ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ನ ಉದಾಹರಣೆ ಸ್ಕ್ರೀನ್‌ಶಾಟ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 1: 3D ವಿರಳ FDTD ಯಿಂದ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು. (A) ರಚನೆಯನ್ನು ಅನುಕರಿಸುವ ಉನ್ನತ ನೋಟವಾಗಿದೆ, ಇದು ದಿಕ್ಕಿನ ಸಂಯೋಜಕವಾಗಿದೆ. (B) ಅರೆ-TE ಪ್ರಚೋದನೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ನ ಸ್ಕ್ರೀನ್‌ಶಾಟ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಮೇಲಿನ ಎರಡು ರೇಖಾಚಿತ್ರಗಳು ಕ್ವಾಸಿ-ಟಿಇ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಸಿ-ಟಿಎಮ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳ ಮೇಲಿನ ನೋಟವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಎರಡು ರೇಖಾಚಿತ್ರಗಳು ಅನುಗುಣವಾದ ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗದ ನೋಟವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. (C) ಅರೆ-TM ಪ್ರಚೋದನೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್‌ನ ಸ್ಕ್ರೀನ್‌ಶಾಟ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.