ਫੋਟੋਨਿਕ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ ਦਾ ਡਿਜ਼ਾਈਨ

ਦਾ ਡਿਜ਼ਾਈਨਫੋਟੋਨਿਕਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ

ਫੋਟੋਨਿਕ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ(PIC) ਨੂੰ ਅਕਸਰ ਗਣਿਤਿਕ ਲਿਪੀਆਂ ਦੀ ਮਦਦ ਨਾਲ ਡਿਜ਼ਾਇਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਇੰਟਰਫੇਰੋਮੀਟਰਾਂ ਜਾਂ ਹੋਰ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਮਾਰਗ ਦੀ ਲੰਬਾਈ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਮਾਰਗ ਦੀ ਲੰਬਾਈ ਲਈ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।ਪੀ.ਆਈ.ਸੀਇੱਕ ਵੇਫਰ 'ਤੇ ਕਈ ਪਰਤਾਂ (ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 10 ਤੋਂ 30) ਪੈਟਰਿੰਗ ਦੁਆਰਾ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਬਹੁਭੁਜ ਆਕਾਰਾਂ ਦੇ ਬਣੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਅਕਸਰ GDSII ਫਾਰਮੈਟ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਸਤੁਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਫੋਟੋਮਾਸਕ ਨਿਰਮਾਤਾ ਨੂੰ ਫਾਈਲ ਭੇਜਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ, ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਦੀ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ PIC ਦੀ ਨਕਲ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਹੋਣਾ ਬਹੁਤ ਫਾਇਦੇਮੰਦ ਹੈ। ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਕਈ ਪੱਧਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਗਿਆ ਹੈ: ਸਭ ਤੋਂ ਹੇਠਲਾ ਪੱਧਰ ਤਿੰਨ-ਅਯਾਮੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ (EM) ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਉਪ-ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪਰਸਪਰ ਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਮੈਕਰੋਸਕੋਪਿਕ ਪੈਮਾਨੇ 'ਤੇ ਸੰਭਾਲਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਆਮ ਤਰੀਕਿਆਂ ਵਿੱਚ ਤਿੰਨ-ਅਯਾਮੀ ਸੀਮਿਤ-ਅੰਤਰ ਸਮਾਂ-ਡੋਮੇਨ (3D FDTD) ਅਤੇ eigenmode ਵਿਸਥਾਰ (EME) ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਇਹ ਵਿਧੀਆਂ ਸਭ ਤੋਂ ਸਹੀ ਹਨ, ਪਰ ਪੂਰੇ PIC ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਸਮੇਂ ਲਈ ਅਵਿਵਹਾਰਕ ਹਨ। ਅਗਲਾ ਪੱਧਰ 2.5-ਅਯਾਮੀ EM ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸੀਮਿਤ-ਅੰਤਰ ਬੀਮ ਪ੍ਰਸਾਰ (FD-BPM)। ਇਹ ਵਿਧੀਆਂ ਬਹੁਤ ਤੇਜ਼ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ, ਪਰ ਕੁਝ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਦਾ ਬਲੀਦਾਨ ਦਿੰਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਸਿਰਫ ਪੈਰਾਕਸੀਅਲ ਪ੍ਰਸਾਰ ਨੂੰ ਸੰਭਾਲ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਰੈਜ਼ੋਨੇਟਰਾਂ ਦੀ ਨਕਲ ਕਰਨ ਲਈ ਨਹੀਂ ਵਰਤੀਆਂ ਜਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ। ਅਗਲਾ ਪੱਧਰ 2D EM ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ 2D FDTD ਅਤੇ 2D BPM। ਇਹ ਤੇਜ਼ ਵੀ ਹਨ, ਪਰ ਇਹਨਾਂ ਵਿੱਚ ਸੀਮਤ ਕਾਰਜਕੁਸ਼ਲਤਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਇਹ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਰੋਟੇਟਰਾਂ ਦੀ ਨਕਲ ਨਹੀਂ ਕਰ ਸਕਦੇ। ਇੱਕ ਹੋਰ ਪੱਧਰ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਅਤੇ/ਜਾਂ ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਹੈ। ਹਰੇਕ ਪ੍ਰਮੁੱਖ ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਨੂੰ ਇਨਪੁਟ ਅਤੇ ਆਉਟਪੁੱਟ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਵਿੱਚ ਘਟਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਕਨੈਕਟ ਕੀਤੀ ਵੇਵਗਾਈਡ ਨੂੰ ਇੱਕ ਫੇਜ਼ ਸ਼ਿਫਟ ਅਤੇ ਅਟੈਨਯੂਏਸ਼ਨ ਐਲੀਮੈਂਟ ਵਿੱਚ ਘਟਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਬਹੁਤ ਤੇਜ਼ ਹਨ। ਆਉਟਪੁੱਟ ਸਿਗਨਲ ਇੰਪੁੱਟ ਸਿਗਨਲ ਦੁਆਰਾ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਨੂੰ ਗੁਣਾ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ (ਜਿਸ ਦੇ ਤੱਤ ਐਸ-ਪੈਰਾਮੀਟਰ ਕਹੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ) ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਦੇ ਦੂਜੇ ਪਾਸੇ ਇੰਪੁੱਟ ਅਤੇ ਆਉਟਪੁੱਟ ਸਿਗਨਲਾਂ ਨੂੰ ਲੱਭਣ ਲਈ ਇੱਕ ਪਾਸੇ ਇਨਪੁਟ ਅਤੇ ਆਉਟਪੁੱਟ ਸਿਗਨਲਾਂ ਨੂੰ ਗੁਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਮੂਲ ਰੂਪ ਵਿੱਚ, ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਵਿੱਚ ਤੱਤ ਦੇ ਅੰਦਰ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਹਰੇਕ ਅਯਾਮ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਨਾਲੋਂ ਦੁੱਗਣਾ ਵੱਡਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, 3D EM ਤੋਂ ਟਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ/ਸਕੈਟਰਿੰਗ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਤੱਕ, ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦੀ ਹਰੇਕ ਪਰਤ ਗਤੀ ਅਤੇ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਵਪਾਰ-ਆਫ ਪੇਸ਼ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਡਿਜ਼ਾਈਨਰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਪ੍ਰਮਾਣਿਕਤਾ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਉਹਨਾਂ ਦੀਆਂ ਖਾਸ ਲੋੜਾਂ ਲਈ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦਾ ਸਹੀ ਪੱਧਰ ਚੁਣਦੇ ਹਨ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕੁਝ ਤੱਤਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ 'ਤੇ ਭਰੋਸਾ ਕਰਨਾ ਅਤੇ ਪੂਰੇ PIC ਦੀ ਨਕਲ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਸਕੈਟਰਿੰਗ/ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਮੈਟ੍ਰਿਕਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨਾ ਵਹਾਅ ਪਲੇਟ ਦੇ ਸਾਹਮਣੇ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਹੀ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਦੀ ਗਰੰਟੀ ਨਹੀਂ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਗਲਤ ਗਣਨਾ ਕੀਤੇ ਮਾਰਗ ਦੀ ਲੰਬਾਈ, ਮਲਟੀਮੋਡ ਵੇਵਗਾਈਡ ਜੋ ਉੱਚ-ਆਰਡਰ ਮੋਡਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਦਬਾਉਣ ਵਿੱਚ ਅਸਫਲ ਰਹਿੰਦੇ ਹਨ, ਜਾਂ ਦੋ ਵੇਵਗਾਈਡ ਜੋ ਇੱਕ ਦੂਜੇ ਦੇ ਬਹੁਤ ਨੇੜੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ ਅਚਾਨਕ ਜੋੜਨ ਦੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੇ ਹਨ, ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦੌਰਾਨ ਅਣਪਛਾਤੇ ਜਾਣ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਉੱਨਤ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਟੂਲ ਸ਼ਕਤੀਸ਼ਾਲੀ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਪ੍ਰਮਾਣਿਕਤਾ ਸਮਰੱਥਾ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਨੂੰ ਅਜੇ ਵੀ ਡਿਜ਼ਾਈਨਰ ਦੁਆਰਾ ਉੱਚ ਪੱਧਰੀ ਚੌਕਸੀ ਅਤੇ ਸਾਵਧਾਨੀਪੂਰਵਕ ਨਿਰੀਖਣ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਵਿਹਾਰਕ ਤਜ਼ਰਬੇ ਅਤੇ ਤਕਨੀਕੀ ਗਿਆਨ ਦੇ ਨਾਲ, ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਦੀ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਅਤੇ ਭਰੋਸੇਯੋਗਤਾ ਨੂੰ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਅਤੇ ਖ਼ਤਰੇ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ. ਵਹਾਅ ਸ਼ੀਟ.

ਸਪਾਰਸ FDTD ਨਾਮਕ ਇੱਕ ਤਕਨੀਕ 3D ਅਤੇ 2D FDTD ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨਾਂ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਮਾਣਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਸੰਪੂਰਨ PIC ਡਿਜ਼ਾਈਨ 'ਤੇ ਸਿੱਧੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕਰਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ ਕਿਸੇ ਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਟੂਲ ਲਈ ਇੱਕ ਬਹੁਤ ਵੱਡੇ ਪੈਮਾਨੇ ਦੇ PIC ਦੀ ਨਕਲ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ, ਪਰ ਸਪਾਰਸ FDTD ਇੱਕ ਕਾਫ਼ੀ ਵੱਡੇ ਸਥਾਨਕ ਖੇਤਰ ਦੀ ਨਕਲ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਹੈ। ਪਰੰਪਰਾਗਤ 3D FDTD ਵਿੱਚ, ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਇੱਕ ਖਾਸ ਕੁਆਂਟਾਈਜ਼ਡ ਵਾਲੀਅਮ ਦੇ ਅੰਦਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਮੈਗਨੈਟਿਕ ਫੀਲਡ ਦੇ ਛੇ ਭਾਗਾਂ ਨੂੰ ਸ਼ੁਰੂ ਕਰਨ ਦੁਆਰਾ ਸ਼ੁਰੂ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਜਿਉਂ ਜਿਉਂ ਸਮਾਂ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਵਾਲੀਅਮ ਵਿੱਚ ਨਵੇਂ ਫੀਲਡ ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਹੀ। ਹਰ ਕਦਮ ਲਈ ਬਹੁਤ ਸਾਰੀ ਗਣਨਾ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਇਸ ਵਿੱਚ ਲੰਮਾ ਸਮਾਂ ਲੱਗਦਾ ਹੈ। ਸਪਾਰਸ 3D FDTD ਵਿੱਚ, ਵੌਲਯੂਮ ਦੇ ਹਰੇਕ ਬਿੰਦੂ 'ਤੇ ਹਰੇਕ ਪੜਾਅ 'ਤੇ ਗਣਨਾ ਕਰਨ ਦੀ ਬਜਾਏ, ਫੀਲਡ ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਦੀ ਇੱਕ ਸੂਚੀ ਬਣਾਈ ਰੱਖੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਜੋ ਸਿਧਾਂਤਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਮਨਮਾਨੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵੱਡੀ ਮਾਤਰਾ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਸਿਰਫ ਉਹਨਾਂ ਹਿੱਸਿਆਂ ਲਈ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀਆਂ ਜਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ। ਹਰ ਵਾਰ ਪੜਾਅ 'ਤੇ, ਫੀਲਡ ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਦੇ ਨਾਲ ਲੱਗਦੇ ਪੁਆਇੰਟ ਜੋੜੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਇੱਕ ਖਾਸ ਪਾਵਰ ਥ੍ਰੈਸ਼ਹੋਲਡ ਤੋਂ ਹੇਠਾਂ ਫੀਲਡ ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਨੂੰ ਛੱਡ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕੁਝ ਸੰਰਚਨਾਵਾਂ ਲਈ, ਇਹ ਗਣਨਾ ਰਵਾਇਤੀ 3D FDTD ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ ਤੀਬਰਤਾ ਦੇ ਕਈ ਆਰਡਰ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਫੈਲਣ ਵਾਲੀਆਂ ਸੰਰਚਨਾਵਾਂ ਨਾਲ ਨਜਿੱਠਣ ਵੇਲੇ ਸਪਾਰਸ FDTDS ਵਧੀਆ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨਹੀਂ ਕਰਦੇ ਕਿਉਂਕਿ ਇਸ ਵਾਰ ਫੀਲਡ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਫੈਲ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਸੂਚੀਆਂ ਬਹੁਤ ਲੰਬੀਆਂ ਅਤੇ ਪ੍ਰਬੰਧਨ ਵਿੱਚ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਚਿੱਤਰ 1 ਇੱਕ ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਬੀਮ ਸਪਲਿਟਰ (PBS) ਦੇ ਸਮਾਨ ਇੱਕ 3D FDTD ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦਾ ਇੱਕ ਉਦਾਹਰਨ ਸਕ੍ਰੀਨਸ਼ੌਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 1: 3D ਸਪਾਰਸ FDTD ਤੋਂ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਨਤੀਜੇ। (ਏ) ਸਿਮੂਲੇਟ ਕੀਤੇ ਜਾ ਰਹੇ ਢਾਂਚੇ ਦਾ ਇੱਕ ਸਿਖਰ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਇੱਕ ਦਿਸ਼ਾ-ਨਿਰਦੇਸ਼ ਕਪਲਰ ਹੈ। (ਬੀ) ਅਰਧ-TE ਉਤੇਜਨਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਇੱਕ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦਾ ਸਕ੍ਰੀਨਸ਼ੌਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਉਪਰੋਕਤ ਦੋ ਡਾਇਗ੍ਰਾਮ ਅਰਧ-ਟੀਈ ਅਤੇ ਅਰਧ-ਟੀਐਮ ਸਿਗਨਲਾਂ ਦਾ ਸਿਖਰ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਹੇਠਾਂ ਦਿੱਤੇ ਦੋ ਚਿੱਤਰ ਸੰਬੰਧਿਤ ਕਰਾਸ-ਸੈਕਸ਼ਨਲ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ। (C) ਅਰਧ-TM ਉਤਸਾਹ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਇੱਕ ਸਿਮੂਲੇਸ਼ਨ ਦਾ ਸਕ੍ਰੀਨਸ਼ੌਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ।