ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਤੱਤ

ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਤੱਤ

ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਦੇ ਸਰਗਰਮ ਹਿੱਸੇ ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਅਤੇ ਪਦਾਰਥ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਣਬੁੱਝ ਕੇ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਪਰਸਪਰ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦਾ ਹਵਾਲਾ ਦਿੰਦੇ ਹਨ। ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਦਾ ਇੱਕ ਖਾਸ ਸਰਗਰਮ ਹਿੱਸਾ ਇੱਕ ਆਪਟੀਕਲ ਮੋਡੂਲੇਟਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸਾਰੇ ਮੌਜੂਦਾ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤਆਪਟੀਕਲ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰਪਲਾਜ਼ਮਾ ਮੁਕਤ ਕੈਰੀਅਰ ਪ੍ਰਭਾਵ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਹਨ। ਡੋਪਿੰਗ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਜਾਂ ਆਪਟੀਕਲ ਤਰੀਕਿਆਂ ਦੁਆਰਾ ਇੱਕ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਨਾਲ ਇਸਦੇ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਰਿਫ੍ਰੈਕਟਿਵ ਇੰਡੈਕਸ ਨੂੰ ਬਦਲਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਇਹ ਇੱਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਹੈ ਜੋ ਸਮੀਕਰਨਾਂ (1,2) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਈ ਗਈ ਹੈ ਜੋ ਸੋਰੇਫ ਅਤੇ ਬੇਨੇਟ ਤੋਂ 1550 ਨੈਨੋਮੀਟਰ ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ ਡੇਟਾ ਫਿਟਿੰਗ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਛੇਕ ਅਸਲ ਅਤੇ ਕਾਲਪਨਿਕ ਰਿਫ੍ਰੈਕਟਿਵ ਇੰਡੈਕਸ ਤਬਦੀਲੀਆਂ ਦੇ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਅਨੁਪਾਤ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੇ ਹਨ, ਯਾਨੀ ਕਿ, ਉਹ ਦਿੱਤੇ ਗਏ ਨੁਕਸਾਨ ਤਬਦੀਲੀ ਲਈ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਪੜਾਅ ਤਬਦੀਲੀ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਲਈਮਾਚ-ਜ਼ੇਹਂਡਰ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰਅਤੇ ਰਿੰਗ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ, ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨਾ ਤਰਜੀਹ ਦਿੱਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈਫੇਜ਼ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ.

ਵੱਖ-ਵੱਖਸਿਲੀਕਾਨ (Si) ਮੋਡੂਲੇਟਰਕਿਸਮਾਂ ਚਿੱਤਰ 10A ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਈਆਂ ਗਈਆਂ ਹਨ। ਇੱਕ ਕੈਰੀਅਰ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ ਵਿੱਚ, ਰੋਸ਼ਨੀ ਇੱਕ ਬਹੁਤ ਚੌੜੇ ਪਿੰਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਅੰਦਰ ਅੰਦਰੂਨੀ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਟੀਕੇ ਲਗਾਏ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਅਜਿਹੇ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਹੌਲੀ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 500 MHz ਦੀ ਬੈਂਡਵਿਡਥ ਦੇ ਨਾਲ, ਕਿਉਂਕਿ ਮੁਫ਼ਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਟੀਕੇ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਦੁਬਾਰਾ ਜੋੜਨ ਵਿੱਚ ਜ਼ਿਆਦਾ ਸਮਾਂ ਲੈਂਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਲਈ, ਇਸ ਢਾਂਚੇ ਨੂੰ ਅਕਸਰ ਇੱਕ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਦੀ ਬਜਾਏ ਇੱਕ ਵੇਰੀਏਬਲ ਆਪਟੀਕਲ ਐਟੀਨੂਏਟਰ (VOA) ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਕੈਰੀਅਰ ਡਿਪਲੇਸ਼ਨ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ ਵਿੱਚ, ਰੋਸ਼ਨੀ ਵਾਲਾ ਹਿੱਸਾ ਇੱਕ ਤੰਗ pn ਜੰਕਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ pn ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੀ ਡਿਪਲੇਸ਼ਨ ਚੌੜਾਈ ਇੱਕ ਲਾਗੂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੁਆਰਾ ਬਦਲੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ 50Gb/s ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੀ ਗਤੀ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਸਦਾ ਪਿਛੋਕੜ ਸੰਮਿਲਨ ਨੁਕਸਾਨ ਉੱਚਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਆਮ vpil 2 V-cm ਹੈ। ਇੱਕ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ (MOS) (ਅਸਲ ਵਿੱਚ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ-ਆਕਸਾਈਡ-ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ) ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ ਵਿੱਚ ਇੱਕ pn ਜੰਕਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਆਕਸਾਈਡ ਪਰਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਕੁਝ ਕੈਰੀਅਰ ਇਕੱਠਾ ਕਰਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਕੈਰੀਅਰ ਡਿਪਲੇਸ਼ਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਲਗਭਗ 0.2 V-cm ਦਾ ਛੋਟਾ VπL ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਸਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਪ੍ਰਤੀ ਯੂਨਿਟ ਲੰਬਾਈ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਨੁਕਸਾਨ ਅਤੇ ਉੱਚ ਸਮਰੱਥਾ ਦਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiGe (ਸਿਲਿਕਨ ਜਰਮੇਨੀਅਮ ਅਲਾਏ) ਬੈਂਡ ਐਜ ਮੂਵਮੈਂਟ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ SiGe ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਸੋਖਣ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਹਨ ਜੋ ਸੋਖਣ ਵਾਲੀਆਂ ਧਾਤਾਂ ਅਤੇ ਪਾਰਦਰਸ਼ੀ ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਸਵਿਚ ਕਰਨ ਲਈ ਗ੍ਰਾਫੀਨ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਉੱਚ-ਗਤੀ, ਘੱਟ-ਨੁਕਸਾਨ ਵਾਲੇ ਆਪਟੀਕਲ ਸਿਗਨਲ ਮੋਡਿਊਲੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਵਿਧੀਆਂ ਦੇ ਉਪਯੋਗਾਂ ਦੀ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।

ਚਿੱਤਰ 10: (ਏ) ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਆਪਟੀਕਲ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ ਡਿਜ਼ਾਈਨਾਂ ਦਾ ਕਰਾਸ-ਸੈਕਸ਼ਨਲ ਡਾਇਗ੍ਰਾਮ ਅਤੇ (ਬੀ) ਆਪਟੀਕਲ ਡਿਟੈਕਟਰ ਡਿਜ਼ਾਈਨਾਂ ਦਾ ਕਰਾਸ-ਸੈਕਸ਼ਨਲ ਡਾਇਗ੍ਰਾਮ।

ਚਿੱਤਰ 10B ਵਿੱਚ ਕਈ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਲਾਈਟ ਡਿਟੈਕਟਰ ਦਿਖਾਏ ਗਏ ਹਨ। ਸੋਖਣ ਵਾਲਾ ਪਦਾਰਥ ਜਰਮੇਨੀਅਮ (Ge) ਹੈ। Ge ਲਗਭਗ 1.6 ਮਾਈਕਰੋਨ ਤੱਕ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ ਰੌਸ਼ਨੀ ਨੂੰ ਸੋਖਣ ਦੇ ਯੋਗ ਹੈ। ਖੱਬੇ ਪਾਸੇ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਅੱਜ ਦਾ ਸਭ ਤੋਂ ਵਪਾਰਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਫਲ ਪਿੰਨ ਢਾਂਚਾ ਹੈ। ਇਹ P-ਟਾਈਪ ਡੋਪਡ ਸਿਲੀਕਾਨ ਤੋਂ ਬਣਿਆ ਹੈ ਜਿਸ 'ਤੇ Ge ਵਧਦਾ ਹੈ। Ge ਅਤੇ Si ਵਿੱਚ 4% ਜਾਲੀ ਵਾਲਾ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਹੈ, ਅਤੇ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕਰਨ ਲਈ, SiGe ਦੀ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਪਰਤ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਬਫਰ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਉਗਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। N-ਟਾਈਪ ਡੋਪਿੰਗ Ge ਪਰਤ ਦੇ ਸਿਖਰ 'ਤੇ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇੱਕ ਧਾਤ-ਅਰਧਚਾਲਕ-ਧਾਤ (MSM) ਫੋਟੋਡਾਇਓਡ ਵਿਚਕਾਰ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਇੱਕ APD (ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ) ਸੱਜੇ ਪਾਸੇ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। APD ਵਿੱਚ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ Si ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਗਰੁੱਪ III-V ਐਲੀਮੈਂਟਲ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਘੱਟ ਸ਼ੋਰ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਹਨ।

ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਨਾਲ ਆਪਟੀਕਲ ਲਾਭ ਨੂੰ ਜੋੜਨ ਵਿੱਚ ਸਪੱਸ਼ਟ ਫਾਇਦਿਆਂ ਵਾਲੇ ਕੋਈ ਹੱਲ ਨਹੀਂ ਹਨ। ਚਿੱਤਰ 11 ਅਸੈਂਬਲੀ ਪੱਧਰ ਦੁਆਰਾ ਸੰਗਠਿਤ ਕਈ ਸੰਭਾਵਿਤ ਵਿਕਲਪਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਖੱਬੇ ਪਾਸੇ ਮੋਨੋਲਿਥਿਕ ਏਕੀਕਰਣ ਹਨ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਐਪੀਟੈਕਸੀਲੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਜਰਮੇਨੀਅਮ (Ge) ਨੂੰ ਇੱਕ ਆਪਟੀਕਲ ਲਾਭ ਸਮੱਗਰੀ ਵਜੋਂ ਵਰਤਣਾ, ਐਰਬੀਅਮ-ਡੋਪਡ (Er) ਗਲਾਸ ਵੇਵਗਾਈਡ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ Al2O3, ਜਿਸ ਲਈ ਆਪਟੀਕਲ ਪੰਪਿੰਗ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ), ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਲੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ (GaAs) ਕੁਆਂਟਮ ਡੌਟਸ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਅਗਲਾ ਕਾਲਮ ਵੇਫਰ ਤੋਂ ਵੇਫਰ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ III-V ਸਮੂਹ ਲਾਭ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਆਕਸਾਈਡ ਅਤੇ ਜੈਵਿਕ ਬੰਧਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ। ਅਗਲਾ ਕਾਲਮ ਚਿੱਪ-ਟੂ-ਵੇਫਰ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ III-V ਸਮੂਹ ਚਿੱਪ ਨੂੰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵੇਫਰ ਦੀ ਗੁਫਾ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਮਲ ਕਰਨਾ ਅਤੇ ਫਿਰ ਵੇਵਗਾਈਡ ਢਾਂਚੇ ਨੂੰ ਮਸ਼ੀਨ ਕਰਨਾ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ। ਇਸ ਪਹਿਲੇ ਤਿੰਨ ਕਾਲਮ ਪਹੁੰਚ ਦਾ ਫਾਇਦਾ ਇਹ ਹੈ ਕਿ ਡਿਵਾਈਸ ਨੂੰ ਕੱਟਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਵੇਫਰ ਦੇ ਅੰਦਰ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਟੈਸਟ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸਭ ਤੋਂ ਸੱਜੇ ਪਾਸੇ ਵਾਲਾ ਕਾਲਮ ਚਿੱਪ-ਟੂ-ਚਿੱਪ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਚਿਪਸ ਨੂੰ III-V ਸਮੂਹ ਚਿਪਸ ਨਾਲ ਸਿੱਧਾ ਜੋੜਨਾ, ਅਤੇ ਨਾਲ ਹੀ ਲੈਂਸ ਅਤੇ ਗਰੇਟਿੰਗ ਕਪਲਰਾਂ ਰਾਹੀਂ ਜੋੜਨਾ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ। ਵਪਾਰਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵੱਲ ਰੁਝਾਨ ਚਾਰਟ ਦੇ ਸੱਜੇ ਤੋਂ ਖੱਬੇ ਪਾਸੇ ਵਧੇਰੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਹੱਲਾਂ ਵੱਲ ਵਧ ਰਿਹਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 11: ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਵਿੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਲਾਭ ਨੂੰ ਕਿਵੇਂ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਹੀ ਤੁਸੀਂ ਖੱਬੇ ਤੋਂ ਸੱਜੇ ਜਾਂਦੇ ਹੋ, ਨਿਰਮਾਣ ਸੰਮਿਲਨ ਬਿੰਦੂ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ ਪਿੱਛੇ ਹਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।