ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ನಡುವಿನ ಉದ್ದೇಶಪೂರ್ವಕವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ಡೈನಾಮಿಕ್ ಸಂವಹನಗಳನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖಿಸುತ್ತವೆ. ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕವು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ ಆಗಿದೆ. ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ಗಳುಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಮುಕ್ತ ವಾಹಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಆಧರಿಸಿವೆ. ಡೋಪಿಂಗ್, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ಅಥವಾ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿಧಾನಗಳ ಮೂಲಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿರುವ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದು ಅದರ ಸಂಕೀರ್ಣ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಸೂಚಿಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು, ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು 1550 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್‌ಗಳ ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಸೊರೆಫ್ ಮತ್ತು ಬೆನೆಟ್‌ನಿಂದ ಡೇಟಾವನ್ನು ಅಳವಡಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪಡೆದ ಸಮೀಕರಣಗಳಲ್ಲಿ (1,2) ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. . ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ರಂಧ್ರಗಳು ನೈಜ ಮತ್ತು ಕಾಲ್ಪನಿಕ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಸೂಚ್ಯಂಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ, ಅವರು ನೀಡಿದ ನಷ್ಟ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ದೊಡ್ಡ ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು.ಮ್ಯಾಕ್-ಜೆಹೆಂಡರ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳುಮತ್ತು ರಿಂಗ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮಾಡಲು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ಆದ್ಯತೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆಹಂತದ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ಗಳು.

ವಿವಿಧಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ಪ್ರಕಾರಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 10A ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕು ತುಂಬಾ ವಿಶಾಲವಾದ ಪಿನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ನೆಲೆಗೊಂಡಿದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಚುಚ್ಚಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅಂತಹ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು ನಿಧಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 500 MHz ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್‌ನೊಂದಿಗೆ, ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ನಂತರ ಮರುಸಂಯೋಜಿಸಲು ಹೆಚ್ಚು ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ವೇರಿಯಬಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಟೆನ್ಯೂಯೇಟರ್ (VOA) ಆಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಡಿಪ್ಲೀಷನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕಿನ ಭಾಗವು ಕಿರಿದಾದ pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿದೆ ಮತ್ತು pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನ ಸವಕಳಿ ಅಗಲವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ 50Gb/s ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಿನ್ನೆಲೆ ಅಳವಡಿಕೆ ನಷ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ವಿಪಿಎಲ್ 2 ವಿ-ಸೆಂ. ಲೋಹದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (MOS) (ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್-ಆಕ್ಸೈಡ್-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ತೆಳುವಾದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಕೆಲವು ವಾಹಕ ಸಂಚಯ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ಸವಕಳಿಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಸುಮಾರು 0.2 V-cm ನ ಸಣ್ಣ VπL ಅನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಷ್ಟಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಅನನುಕೂಲತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಜೊತೆಗೆ, SiGe (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮಿಶ್ರಲೋಹ) ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚಿನ ಚಲನೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ SiGe ವಿದ್ಯುತ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಲೋಹಗಳು ಮತ್ತು ಪಾರದರ್ಶಕ ಅವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ಬದಲಾಯಿಸಲು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಇವುಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೇಗ, ಕಡಿಮೆ-ನಷ್ಟ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಶನ್ ಸಾಧಿಸಲು ವಿಭಿನ್ನ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳ ಅನ್ವಯಗಳ ವೈವಿಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ.

ಚಿತ್ರ 10: (A) ವಿವಿಧ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ ಮತ್ತು (B) ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ.

ಹಲವಾರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಲೈಟ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 10B ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವಸ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge). ಜಿಯು ಸುಮಾರು 1.6 ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳ ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಇಂದು ಅತ್ಯಂತ ವಾಣಿಜ್ಯಿಕವಾಗಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾದ ಪಿನ್ ರಚನೆಯನ್ನು ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದು ಪಿ-ಟೈಪ್ ಡೋಪ್ಡ್ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಅದರ ಮೇಲೆ ಜಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. Ge ಮತ್ತು Si ಗಳು 4% ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಸ್ಥಳಾಂತರಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, SiGe ನ ತೆಳುವಾದ ಪದರವನ್ನು ಮೊದಲು ಬಫರ್ ಪದರವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಜಿ ಲೇಯರ್‌ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಎನ್-ಟೈಪ್ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮೆಟಲ್-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್-ಮೆಟಲ್ (MSM) ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು APD (ಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್) ಬಲಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. APD ಯಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತದ ಪ್ರದೇಶವು Si ಯಲ್ಲಿದೆ, ಇದು ಗುಂಪು III-V ಧಾತುರೂಪದ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತದ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

ಪ್ರಸ್ತುತ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗಳಿಕೆಯನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವಲ್ಲಿ ಸ್ಪಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಜನಗಳೊಂದಿಗೆ ಯಾವುದೇ ಪರಿಹಾರಗಳಿಲ್ಲ. ಚಿತ್ರ 11 ಅಸೆಂಬ್ಲಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ ಆಯೋಜಿಸಲಾದ ಹಲವಾರು ಸಂಭವನೀಯ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ಏಕಶಿಲೆಯ ಸಂಯೋಜನೆಗಳು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಾಲಿ ಬೆಳೆದ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge) ಅನ್ನು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೇನ್ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಎರ್ಬಿಯಂ-ಡೋಪ್ಡ್ (Er) ಗಾಜಿನ ವೇವ್‌ಗೈಡ್‌ಗಳು (ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪಂಪ್‌ನ ಅಗತ್ಯವಿರುವ Al2O3 ನಂತಹ), ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಾಲಿ ಬೆಳೆದ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ) ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಚುಕ್ಕೆಗಳು. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ವೇಫರ್ ಟು ವೇಫರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿಯಾಗಿದ್ದು, III-V ಗುಂಪಿನ ಲಾಭದ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಮತ್ತು ಸಾವಯವ ಬಂಧವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ಚಿಪ್-ಟು-ವೇಫರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿಯಾಗಿದೆ, ಇದು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್‌ನ ಕುಹರದೊಳಗೆ III-V ಗುಂಪಿನ ಚಿಪ್ ಅನ್ನು ಎಂಬೆಡ್ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ನಂತರ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆಯನ್ನು ಯಂತ್ರವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಮೊದಲ ಮೂರು ಕಾಲಮ್ ವಿಧಾನದ ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ ಸಾಧನವನ್ನು ಕತ್ತರಿಸುವ ಮೊದಲು ವೇಫರ್‌ನೊಳಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಚಿಪ್‌ಗಳನ್ನು III-V ಗುಂಪಿನ ಚಿಪ್‌ಗಳಿಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಜೋಡಿಸುವುದು, ಹಾಗೆಯೇ ಲೆನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಟಿಂಗ್ ಕಪ್ಲರ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಜೋಡಿಸುವುದು ಸೇರಿದಂತೆ ಚಿಪ್-ಟು-ಚಿಪ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿಯನ್ನು ಬಲಭಾಗದ ಕಾಲಮ್ ಆಗಿದೆ. ವಾಣಿಜ್ಯ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳ ಕಡೆಗೆ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯು ಚಾರ್ಟ್‌ನ ಬಲದಿಂದ ಎಡಭಾಗಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಮಗ್ರ ಮತ್ತು ಸಂಯೋಜಿತ ಪರಿಹಾರಗಳ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದೆ.

ಚಿತ್ರ 11: ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೇನ್ ಅನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ಗೆ ಹೇಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗಿದೆ. ನೀವು ಎಡದಿಂದ ಬಲಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುವಾಗ, ಉತ್ಪಾದನಾ ಅಳವಡಿಕೆ ಹಂತವು ಕ್ರಮೇಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಹಿಂದಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.