ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ಗೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು (Si ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್)

ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ಗೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು

ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳುಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಕೇತಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದತ್ತಾಂಶ ವರ್ಗಾವಣೆ ದರಗಳು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತಲೇ ಇರುವುದರಿಂದ, ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಪ್ಲಾಟ್‌ಫಾರ್ಮ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಡೇಟಾ ಕೇಂದ್ರಗಳು ಮತ್ತು ದೂರಸಂಪರ್ಕ ಜಾಲಗಳಿಗೆ ಪ್ರಮುಖವಾಗಿವೆ. ಈ ಲೇಖನವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge ಅಥವಾ Si ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್) ಮೇಲೆ ಒತ್ತು ನೀಡುವ ಮೂಲಕ ಮುಂದುವರಿದ ಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಅವಲೋಕನವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳುಸಂಯೋಜಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕಾಗಿ.

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಪ್ಲಾಟ್‌ಫಾರ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅತಿಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಗೆ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಆಕರ್ಷಕ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು CMOS ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದೂರಸಂಪರ್ಕ ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಬಲವಾದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಅತ್ಯಂತ ಸಾಮಾನ್ಯವಾದ Ge/Si ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ರಚನೆಯು ಪಿನ್ ಡಯೋಡ್ ಆಗಿದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಅನ್ನು P-ಟೈಪ್ ಮತ್ತು N-ಟೈಪ್ ಪ್ರದೇಶಗಳ ನಡುವೆ ಸ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಚ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಸಾಧನ ರಚನೆ ಚಿತ್ರ 1 ವಿಶಿಷ್ಟ ಲಂಬ ಪಿನ್ Ge ಅಥವಾ ತೋರಿಸುತ್ತದೆSi ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ರಚನೆ:

ಪ್ರಮುಖ ಲಕ್ಷಣಗಳು: ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರ; ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳ p ಮತ್ತು n ಸಂಪರ್ಕಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ; ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಗಾಗಿ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ಜೋಡಣೆ.

ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆ: ಎರಡು ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವಿನ 4.2% ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯದಿಂದಾಗಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲೆ ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಬೆಳೆಯುವುದು ಸವಾಲಿನ ಕೆಲಸ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎರಡು-ಹಂತದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ: ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನ (300-400°C) ಬಫರ್ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ (600°C ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು) ಜರ್ಮೇನಿಯಂ ಶೇಖರಣೆ. ಈ ವಿಧಾನವು ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಥ್ರೆಡ್ಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. 800-900°C ನಲ್ಲಿ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ನಂತರದ ಅನೀಲಿಂಗ್ ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸುಮಾರು 10^7 cm^-2 ಗೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು: ಅತ್ಯಂತ ಮುಂದುವರಿದ Ge/Si PIN ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಾಧಿಸಬಹುದು: ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ, > 0.8A /W at 1550 nm; ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್,>60 GHz; ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್, <1 μA at -1 V ಬಯಾಸ್.

ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಪ್ಲಾಟ್‌ಫಾರ್ಮ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಏಕೀಕರಣ

ಏಕೀಕರಣಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳುಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಪ್ಲಾಟ್‌ಫಾರ್ಮ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಸುಧಾರಿತ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಸಿವರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇಂಟರ್‌ಕನೆಕ್ಟ್‌ಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ಏಕೀಕರಣ ವಿಧಾನಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿವೆ: ಫ್ರಂಟ್-ಎಂಡ್ ಇಂಟಿಗ್ರೇಷನ್ (FEOL), ಅಲ್ಲಿ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಮತ್ತು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಸಂಸ್ಕರಣೆಗೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಚಿಪ್ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಕ್-ಎಂಡ್ ಇಂಟಿಗ್ರೇಷನ್ (BEOL). CMOS ನೊಂದಿಗೆ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಲೋಹದ ಮೇಲೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ತಾಪಮಾನಗಳಿಗೆ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 2: ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ Ge/Si ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್

ಡೇಟಾ ಸೆಂಟರ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್

ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಡೇಟಾ ಸೆಂಟರ್ ಇಂಟರ್‌ಕನೆಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವಾಗಿದೆ. ಮುಖ್ಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಇವು ಸೇರಿವೆ: ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಸಿವರ್‌ಗಳು: PAM-4 ಮಾಡ್ಯುಲೇಷನ್ ಬಳಸಿಕೊಂಡು 100G, 400G ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ದರಗಳು; Aಹೆಚ್ಚಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್(>50 GHz) ಅಗತ್ಯವಿದೆ.

ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್: ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ ಮತ್ತು ಇತರ ಘಟಕಗಳೊಂದಿಗೆ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಏಕಶಿಲೆಯ ಏಕೀಕರಣ; ಸಾಂದ್ರವಾದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಎಂಜಿನ್.

ವಿತರಣಾ ವಾಸ್ತುಶಿಲ್ಪ: ವಿತರಣಾ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್, ಸಂಗ್ರಹಣೆ ಮತ್ತು ಸಂಗ್ರಹಣೆಯ ನಡುವಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಂತರ್ಸಂಪರ್ಕ; ಇಂಧನ-ಸಮರ್ಥ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಬೇಡಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು.

ಭವಿಷ್ಯದ ದೃಷ್ಟಿಕೋನ

ಸಂಯೋಜಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಭವಿಷ್ಯವು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಪ್ರವೃತ್ತಿಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ:

ಹೆಚ್ಚಿನ ಡೇಟಾ ದರಗಳು: 800G ಮತ್ತು 1.6T ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಸಿವರ್‌ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡುವುದು; 100 GHz ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಹೊಂದಿರುವ ಫೋಟೋಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಅಗತ್ಯವಿದೆ.

ಸುಧಾರಿತ ಏಕೀಕರಣ: III-V ವಸ್ತು ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನ ಏಕ ಚಿಪ್ ಏಕೀಕರಣ; ಸುಧಾರಿತ 3D ಏಕೀಕರಣ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ.

ಹೊಸ ವಸ್ತುಗಳು: ಅತಿ ವೇಗದ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಗಾಗಿ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು (ಗ್ರಾಫೀನ್‌ನಂತಹ) ಅನ್ವೇಷಿಸುವುದು; ವಿಸ್ತೃತ ತರಂಗಾಂತರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಗಾಗಿ ಹೊಸ ಗುಂಪು IV ಮಿಶ್ರಲೋಹ.

ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು: LiDAR ಮತ್ತು ಇತರ ಸಂವೇದನಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು APD ಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡುತ್ತಿವೆ; ಹೆಚ್ಚಿನ ರೇಖೀಯತೆಯ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟಾನ್ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು.

ಹೈ-ಸ್ಪೀಡ್ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು, ವಿಶೇಷವಾಗಿ Ge ಅಥವಾ Si ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಚಾಲಕಗಳಾಗಿವೆ. ಭವಿಷ್ಯದ ಡೇಟಾ ಕೇಂದ್ರಗಳು ಮತ್ತು ದೂರಸಂಪರ್ಕ ಜಾಲಗಳ ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಬೇಡಿಕೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ವಸ್ತುಗಳು, ಸಾಧನ ವಿನ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಏಕೀಕರಣ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಲ್ಲಿ ನಿರಂತರ ಪ್ರಗತಿಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿವೆ. ಕ್ಷೇತ್ರವು ವಿಕಸನಗೊಳ್ಳುತ್ತಲೇ ಇರುವುದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್, ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಮತ್ತು ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ತಡೆರಹಿತ ಏಕೀಕರಣದೊಂದಿಗೆ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ನಾವು ನೋಡಬಹುದು ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು.