ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶ

ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸಕ್ರಿಯ ಘಟಕಗಳು ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ನಡುವೆ ಉದ್ದೇಶಪೂರ್ವಕವಾಗಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಸಂವಹನಗಳನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಉಲ್ಲೇಖಿಸುತ್ತವೆ. ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಸಕ್ರಿಯ ಅಂಶವೆಂದರೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್. ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳುಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಮುಕ್ತ ವಾಹಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. ಡೋಪಿಂಗ್, ವಿದ್ಯುತ್ ಅಥವಾ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿಧಾನಗಳಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿನ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವುದರಿಂದ ಅದರ ಸಂಕೀರ್ಣ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಸೂಚ್ಯಂಕವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು, ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು 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, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ನಷ್ಟ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಅವು ದೊಡ್ಡ ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದಮ್ಯಾಕ್-ಜೆಹಂಡರ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳುಮತ್ತು ರಿಂಗ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮಾಡಲು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ಆದ್ಯತೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆಹಂತದ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು.

ವಿವಿಧಸಿಲಿಕಾನ್ (ಎಸ್‌ಐ) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ಪ್ರಕಾರಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 10 ಎ ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ವಾಹಕ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕು ಬಹಳ ವಿಶಾಲವಾದ ಪಿನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನೊಳಗೆ ಆಂತರಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿದೆ, ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಚುಚ್ಚಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅಂತಹ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳು ನಿಧಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 500 ಮೆಗಾಹರ್ಟ್ z ್‌ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್‌ನೊಂದಿಗೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಉಚಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಚುಚ್ಚುಮದ್ದಿನ ನಂತರ ಮರುಸಂಯೋಜಿಸಲು ಹೆಚ್ಚು ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ವೇರಿಯಬಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಟೆನ್ಯುವೇಟರ್ (ವಿಒಎ) ಆಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಹಕ ಸವಕಳಿ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಬೆಳಕಿನ ಭಾಗವು ಕಿರಿದಾದ ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿದೆ, ಮತ್ತು ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನ ಸವಕಳಿ ಅಗಲವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ 50 ಜಿಬಿ/ಸೆ ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಿನ್ನೆಲೆ ಅಳವಡಿಕೆ ನಷ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ವಿಪಿಐಎಲ್ 2 ವಿ-ಸೆಂ. ಲೋಹದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (ಎಂಒಎಸ್) (ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್-ಆಕ್ಸೈಡ್-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್) ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್ ಪಿಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ತೆಳುವಾದ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಕೆಲವು ವಾಹಕ ಶೇಖರಣೆಗೆ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ಸವಕಳಿಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಸುಮಾರು 0.2 ವಿ-ಸಿಎಮ್‌ನ ಸಣ್ಣ ವಿಎಲ್ ಅನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಷ್ಟಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಯುನಿಟ್ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, SIGE (ಸಿಲಿಕಾನ್ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಮಿಶ್ರಲೋಹ) ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಡ್ಜ್ ಚಲನೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ SIGE ವಿದ್ಯುತ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಲೋಹಗಳು ಮತ್ತು ಪಾರದರ್ಶಕ ಅವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ಬದಲಾಯಿಸಲು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟರ್‌ಗಳಿವೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ, ಕಡಿಮೆ-ನಷ್ಟದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಮಾಡ್ಯುಲೇಷನ್ ಸಾಧಿಸಲು ವಿಭಿನ್ನ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳ ಅನ್ವಯಗಳ ವೈವಿಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಇವು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ.

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

ಹಲವಾರು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಬೆಳಕಿನ ಶೋಧಕಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 10 ಬಿ ಯಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವಸ್ತುವು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (ಜಿಇ). ತರಂಗಾಂತರಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಸುಮಾರು 1.6 ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲು ಜಿಇಗೆ ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ ಇಂದು ಅತ್ಯಂತ ವಾಣಿಜ್ಯಿಕವಾಗಿ ಯಶಸ್ವಿ ಪಿನ್ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ. ಇದು ಜಿ-ಟೈಪ್ ಡೋಪ್ಡ್ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಅದರ ಮೇಲೆ ಜಿಇ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. GE ಮತ್ತು SI 4% ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಸ್ಥಳಾಂತರಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, SIGE ನ ತೆಳುವಾದ ಪದರವನ್ನು ಮೊದಲು ಬಫರ್ ಪದರವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. GE ಪದರದ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ n- ಮಾದರಿಯ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಲೋಹದ-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್-ಮೆಟಲ್ (ಎಂಎಸ್ಎಂ) ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಎಪಿಡಿ (ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್) ಬಲಭಾಗದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಎಪಿಡಿಯಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶವು ಎಸ್‌ಐನಲ್ಲಿದೆ, ಇದು ಗುಂಪು III-ವಿ ಧಾತುರೂಪದ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿನ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

ಪ್ರಸ್ತುತ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಲಾಭವನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವಲ್ಲಿ ಸ್ಪಷ್ಟ ಅನುಕೂಲಗಳೊಂದಿಗೆ ಯಾವುದೇ ಪರಿಹಾರಗಳಿಲ್ಲ. ಅಸೆಂಬ್ಲಿ ಮಟ್ಟದಿಂದ ಆಯೋಜಿಸಲಾದ ಹಲವಾರು ಸಂಭಾವ್ಯ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 11 ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ದೂರದ ಎಡಭಾಗದಲ್ಲಿ ಏಕಶಿಲೆಯ ಸಂಯೋಜನೆಗಳು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳೆದ ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (ಜಿಇ) ಅನ್ನು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗಳಿಕೆ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಎರ್ಬಿಯಮ್-ಡೋಪ್ಡ್ (ಇಆರ್) ಗಾಜಿನ ತರಂಗ ಮಾರ್ಗಗಳು (ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪಂಪಿಂಗ್ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಅಲ್ 2 ಒ 3), ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಯಸ್ಕ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (ಗಾಸ್) ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಡಾಟ್ಸ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ವೇಫರ್ ಟು ವೇಫರ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿಯಾಗಿದ್ದು, III-V ಗ್ರೂಪ್ ಗಳಿಕೆ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಮತ್ತು ಸಾವಯವ ಬಂಧವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಮುಂದಿನ ಕಾಲಮ್ ಚಿಪ್-ಟು-ವೈಫರ್ ಜೋಡಣೆಯಾಗಿದೆ, ಇದು III-V ಗ್ರೂಪ್ ಚಿಪ್ ಅನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್‌ನ ಕುಹರದೊಳಗೆ ಎಂಬೆಡ್ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ನಂತರ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆಯನ್ನು ತಯಾರಿಸುವುದು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಮೊದಲ ಮೂರು ಕಾಲಮ್ ವಿಧಾನದ ಪ್ರಯೋಜನವೆಂದರೆ, ಕತ್ತರಿಸುವ ಮೊದಲು ಸಾಧನವನ್ನು ವೇಫರ್ ಒಳಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಪರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಬಲ-ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾಲಮ್ ಚಿಪ್-ಟು-ಚಿಪ್ ಜೋಡಣೆಯಾಗಿದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಚಿಪ್‌ಗಳನ್ನು III-V ಗ್ರೂಪ್ ಚಿಪ್‌ಗಳಿಗೆ ನೇರ ಜೋಡಿಸುವುದು, ಜೊತೆಗೆ ಲೆನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಟಿಂಗ್ ಕಪ್ಲರ್‌ಗಳ ಮೂಲಕ ಜೋಡಿಸುವುದು. ವಾಣಿಜ್ಯ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳತ್ತ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯು ಚಾರ್ಟ್ನ ಬಲದಿಂದ ಎಡಭಾಗಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಮಗ್ರ ಮತ್ತು ಸಮಗ್ರ ಪರಿಹಾರಗಳ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದೆ.

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