ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ನಡುವಿನ ಉದ್ದೇಶಪೂರ್ವಕವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಸಂವಹನಗಳನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖಿಸುತ್ತವೆ. ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕವು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ ಆಗಿದೆ. ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳುಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಮುಕ್ತ ವಾಹಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಆಧರಿಸಿವೆ. ಡೋಪಿಂಗ್, ವಿದ್ಯುತ್ ಅಥವಾ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿಧಾನಗಳ ಮೂಲಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದರಿಂದ ಅದರ ಸಂಕೀರ್ಣ ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚ್ಯಂಕವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು, ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು 1550 ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್‌ಗಳ ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ ಸೊರೆಫ್ ಮತ್ತು ಬೆನೆಟ್‌ನಿಂದ ಡೇಟಾವನ್ನು ಅಳವಡಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪಡೆದ ಸಮೀಕರಣಗಳಲ್ಲಿ (1,2) ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ರಂಧ್ರಗಳು ನೈಜ ಮತ್ತು ಕಾಲ್ಪನಿಕ ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚ್ಯಂಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ನಷ್ಟ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಅವು ದೊಡ್ಡ ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದಮ್ಯಾಕ್-ಜೆಂಡರ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳುಮತ್ತು ರಿಂಗ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ಆದ್ಯತೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆಹಂತ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು.

ವಿವಿಧಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ಪ್ರಕಾರಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 10A ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ವಾಹಕ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕು ತುಂಬಾ ಅಗಲವಾದ ಪಿನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನೊಳಗೆ ಆಂತರಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ನೆಲೆಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಇಂಜೆಕ್ಟ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅಂತಹ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು ನಿಧಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 500 MHz ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್‌ನೊಂದಿಗೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ನಂತರ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಗೊಳ್ಳಲು ಹೆಚ್ಚು ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ವೇರಿಯಬಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಟೆನ್ಯೂಯೇಟರ್ (VOA) ಆಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಹಕ ಸವಕಳಿ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕಿನ ಭಾಗವು ಕಿರಿದಾದ pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿದೆ ಮತ್ತು pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನ ಸವಕಳಿ ಅಗಲವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ 50Gb/s ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಿನ್ನೆಲೆ ಅಳವಡಿಕೆ ನಷ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ vpil 2 V-cm ಆಗಿದೆ. ಲೋಹದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (MOS) (ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಅರೆವಾಹಕ-ಆಕ್ಸೈಡ್-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ pn ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ತೆಳುವಾದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಕೆಲವು ವಾಹಕ ಸಂಗ್ರಹಣೆ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ಸವಕಳಿಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಸುಮಾರು 0.2 V-cm ನ ಸಣ್ಣ VπL ಅನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಷ್ಟಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್‌ನ ಅನಾನುಕೂಲತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, SiGe (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮಿಶ್ರಲೋಹ) ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂಚಿನ ಚಲನೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ SiGe ವಿದ್ಯುತ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಲೋಹಗಳು ಮತ್ತು ಪಾರದರ್ಶಕ ನಿರೋಧಕಗಳ ನಡುವೆ ಬದಲಾಯಿಸಲು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಇವು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ, ಕಡಿಮೆ-ನಷ್ಟದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಶನ್ ಅನ್ನು 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.

ಚಿತ್ರ 10B ನಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಬೆಳಕಿನ ಶೋಧಕಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವಸ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge). Ge ಸುಮಾರು 1.6 ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳವರೆಗಿನ ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಪಿನ್ ರಚನೆಯು ಇಂದು ಅತ್ಯಂತ ವಾಣಿಜ್ಯಿಕವಾಗಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿದೆ. ಇದು P-ಟೈಪ್ ಡೋಪ್ಡ್ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದ್ದು, ಅದರ ಮೇಲೆ Ge ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. Ge ಮತ್ತು Si ಗಳು 4% ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಮತ್ತು ಸ್ಥಳಾಂತರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, SiGe ನ ತೆಳುವಾದ ಪದರವನ್ನು ಮೊದಲು ಬಫರ್ ಪದರವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. Ge ಪದರದ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ N-ಟೈಪ್ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಲೋಹ-ಅರೆವಾಹಕ-ಲೋಹ (MSM) ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು APD (ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್) ಅನ್ನು ಬಲಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. APD ಯಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶವು Si ನಲ್ಲಿದೆ, ಇದು ಗುಂಪು III-V ಧಾತುರೂಪದ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

ಪ್ರಸ್ತುತ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೇನ್ ಅನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವಲ್ಲಿ ಸ್ಪಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಯಾವುದೇ ಪರಿಹಾರಗಳಿಲ್ಲ. ಚಿತ್ರ 11 ಅಸೆಂಬ್ಲಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ ಆಯೋಜಿಸಲಾದ ಹಲವಾರು ಸಂಭಾವ್ಯ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಆಗಿ ಬೆಳೆದ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge) ಅನ್ನು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೇನ್ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸುವುದು, ಎರ್ಬಿಯಂ-ಡೋಪ್ಡ್ (Er) ಗಾಜಿನ ವೇವ್‌ಗೈಡ್‌ಗಳು (ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪಂಪಿಂಗ್ ಅಗತ್ಯವಿರುವ Al2O3 ನಂತಹ) ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಆಗಿ ಬೆಳೆದ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಡಾಟ್‌ಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಏಕಶಿಲೆಯ ಏಕೀಕರಣಗಳಿವೆ. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ವೇಫರ್ ಟು ವೇಫರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ, ಇದು III-V ಗುಂಪಿನ ಗೇನ್ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಮತ್ತು ಸಾವಯವ ಬಂಧವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ಚಿಪ್-ಟು-ವೇಫರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ, ಇದು III-V ಗುಂಪಿನ ಚಿಪ್ ಅನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್‌ನ ಕುಹರದೊಳಗೆ ಎಂಬೆಡ್ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ನಂತರ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆಯನ್ನು ಯಂತ್ರ ಮಾಡುವುದು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಮೊದಲ ಮೂರು ಕಾಲಮ್ ವಿಧಾನದ ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ ಕತ್ತರಿಸುವ ಮೊದಲು ಸಾಧನವನ್ನು ವೇಫರ್ ಒಳಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಬಲ-ಬಲ ಕಾಲಮ್ ಚಿಪ್-ಟು-ಚಿಪ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿ, ಇದರಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಚಿಪ್‌ಗಳನ್ನು III-V ಗುಂಪಿನ ಚಿಪ್‌ಗಳಿಗೆ ನೇರ ಜೋಡಣೆ, ಹಾಗೆಯೇ ಲೆನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಟಿಂಗ್ ಕಪ್ಲರ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಜೋಡಿಸುವುದು ಸೇರಿವೆ. ವಾಣಿಜ್ಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳತ್ತ ಒಲವು ಚಾರ್ಟ್‌ನ ಬಲಭಾಗದಿಂದ ಎಡಭಾಗಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಯೋಜಿತ ಮತ್ತು ಸಂಯೋಜಿತ ಪರಿಹಾರಗಳತ್ತ ಸಾಗುತ್ತಿದೆ.

ಚಿತ್ರ 11: ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಲಾಭವನ್ನು ಹೇಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗಿದೆ. ನೀವು ಎಡದಿಂದ ಬಲಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುವಾಗ, ಉತ್ಪಾದನಾ ಅಳವಡಿಕೆ ಬಿಂದುವು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಮೇಣ ಹಿಂದಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.