ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਸਰਗਰਮ ਤੱਤ

ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਸਰਗਰਮ ਤੱਤ

ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਐਕਟਿਵ ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ ਰੋਸ਼ਨੀ ਅਤੇ ਪਦਾਰਥ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਣਬੁੱਝ ਕੇ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਪਰਸਪਰ ਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਦਾ ਹਵਾਲਾ ਦਿੰਦੇ ਹਨ। ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਦਾ ਇੱਕ ਆਮ ਸਰਗਰਮ ਭਾਗ ਇੱਕ ਆਪਟੀਕਲ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸਾਰੇ ਮੌਜੂਦਾ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਆਧਾਰਿਤਆਪਟੀਕਲ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰਪਲਾਜ਼ਮਾ ਮੁਕਤ ਕੈਰੀਅਰ ਪ੍ਰਭਾਵ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਹਨ। ਡੋਪਿੰਗ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਜਾਂ ਆਪਟੀਕਲ ਤਰੀਕਿਆਂ ਦੁਆਰਾ ਇੱਕ ਸਿਲੀਕੋਨ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਮੁਫਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਸੰਖਿਆ ਨੂੰ ਬਦਲਣਾ ਇਸਦੇ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਤਮਕ ਸੂਚਕਾਂਕ ਨੂੰ ਬਦਲ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਇੱਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਜੋ ਕਿ 1550 ਨੈਨੋਮੀਟਰ ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ ਸੋਰੇਫ ਅਤੇ ਬੇਨੇਟ ਤੋਂ ਫਿਟਿੰਗ ਡੇਟਾ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਸਮੀਕਰਨਾਂ (1,2) ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਈ ਗਈ ਹੈ। . ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, ਛੇਕ ਅਸਲ ਅਤੇ ਕਾਲਪਨਿਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਤਮਕ ਸੂਚਕਾਂਕ ਤਬਦੀਲੀਆਂ ਦੇ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਅਨੁਪਾਤ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੇ ਹਨ, ਯਾਨੀ, ਉਹ ਦਿੱਤੇ ਨੁਕਸਾਨ ਦੇ ਬਦਲਾਅ ਲਈ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਲਈਮਾਚ-ਜ਼ੇਹੰਦਰ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰਅਤੇ ਰਿੰਗ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ, ਇਸ ਨੂੰ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਛੇਕਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਨੂੰ ਤਰਜੀਹ ਦਿੱਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈਪੜਾਅ modulators.

ਵੱਖ-ਵੱਖਸਿਲੀਕਾਨ (Si) ਮੋਡੀਊਲੇਟਰਕਿਸਮਾਂ ਨੂੰ ਚਿੱਤਰ 10A ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਇੱਕ ਕੈਰੀਅਰ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਮੋਡੀਊਲੇਟਰ ਵਿੱਚ, ਰੋਸ਼ਨੀ ਇੱਕ ਬਹੁਤ ਚੌੜੇ ਪਿੰਨ ਜੰਕਸ਼ਨ ਦੇ ਅੰਦਰ ਅੰਦਰੂਨੀ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਇੰਜੈਕਟ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਅਜਿਹੇ ਮੋਡੀਊਲੇਟਰ ਹੌਲੀ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ 500 MHz ਦੀ ਬੈਂਡਵਿਡਥ ਦੇ ਨਾਲ, ਕਿਉਂਕਿ ਮੁਫਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਟੀਕੇ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਦੁਬਾਰਾ ਜੋੜਨ ਲਈ ਜ਼ਿਆਦਾ ਸਮਾਂ ਲੈਂਦੇ ਹਨ। ਇਸਲਈ, ਇਹ ਬਣਤਰ ਅਕਸਰ ਇੱਕ ਮੋਡੀਊਲੇਟਰ 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 ਡਿਪਲੀਸ਼ਨ ਚੌੜਾਈ ਇੱਕ ਲਾਗੂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੁਆਰਾ ਬਦਲੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਮੋਡਿਊਲੇਟਰ 50Gb/s ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੀ ਸਪੀਡ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਸਦੀ ਬੈਕਗ੍ਰਾਊਂਡ ਸੰਮਿਲਨ ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ 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 0.2 V-cm ਦੇ ਇੱਕ ਛੋਟੇ VπL ਦੀ ਇਜਾਜ਼ਤ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਕੁਝ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਨੂੰ ਇਕੱਠਾ ਕਰਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਕੈਰੀਅਰ ਦੀ ਕਮੀ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਪ੍ਰਤੀ ਯੂਨਿਟ ਲੰਬਾਈ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਆਪਟੀਕਲ ਨੁਕਸਾਨ ਅਤੇ ਉੱਚ ਸਮਰੱਥਾ ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiGe (ਸਿਲਿਕਨ ਜਰਮੇਨਿਅਮ ਅਲੌਏ) ਬੈਂਡ ਕਿਨਾਰੇ ਦੀ ਗਤੀ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ SiGe ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਅਬਜ਼ੋਰਪਸ਼ਨ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇੱਥੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਮਾਡਿਊਲੇਟਰ ਹਨ ਜੋ ਸੋਖਣ ਵਾਲੀਆਂ ਧਾਤਾਂ ਅਤੇ ਪਾਰਦਰਸ਼ੀ ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਸਵਿਚ ਕਰਨ ਲਈ ਗ੍ਰਾਫੀਨ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਹਾਈ-ਸਪੀਡ, ਘੱਟ-ਨੁਕਸਾਨ ਵਾਲੇ ਆਪਟੀਕਲ ਸਿਗਨਲ ਮੋਡੂਲੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਵਿਧੀਆਂ ਦੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੀ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦੇ ਹਨ।

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

ਕਈ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਆਧਾਰਿਤ ਲਾਈਟ ਡਿਟੈਕਟਰ ਚਿੱਤਰ 10B ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਏ ਗਏ ਹਨ। ਜਜ਼ਬ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਸਮੱਗਰੀ ਜਰਨੀਅਮ (ਜੀ.ਈ.) ਹੈ। Ge ਲਗਭਗ 1.6 ਮਾਈਕਰੋਨ ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਨੂੰ ਜਜ਼ਬ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਹੈ। ਖੱਬੇ ਪਾਸੇ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਅੱਜ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਪਾਰਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਫਲ ਪਿੰਨ ਬਣਤਰ ਹੈ। ਇਹ ਪੀ-ਟਾਈਪ ਡੋਪਡ ਸਿਲੀਕੋਨ ਤੋਂ ਬਣਿਆ ਹੈ ਜਿਸ 'ਤੇ Ge ਵਧਦਾ ਹੈ। Ge ਅਤੇ Si ਵਿੱਚ 4% ਜਾਲੀ ਬੇਮੇਲ ਹੈ, ਅਤੇ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕਰਨ ਲਈ, SiGe ਦੀ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਪਰਤ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਇੱਕ ਬਫਰ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਉਗਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਐਨ-ਟਾਈਪ ਡੋਪਿੰਗ ਜੀਈ ਲੇਅਰ ਦੇ ਸਿਖਰ 'ਤੇ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇੱਕ ਮੈਟਲ-ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ-ਮੈਟਲ (MSM) ਫੋਟੋਡੀਓਡ ਮੱਧ ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਇੱਕ APD (avalanche Photodetector) ਸੱਜੇ ਪਾਸੇ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। APD ਵਿੱਚ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ Si ਵਿੱਚ ਸਥਿਤ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਗਰੁੱਪ III-V ਤੱਤ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਘੱਟ ਸ਼ੋਰ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਹਨ।

ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਦੇ ਨਾਲ ਆਪਟੀਕਲ ਲਾਭ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਸਪੱਸ਼ਟ ਫਾਇਦਿਆਂ ਵਾਲੇ ਕੋਈ ਹੱਲ ਨਹੀਂ ਹਨ। ਚਿੱਤਰ 11 ਅਸੈਂਬਲੀ ਪੱਧਰ ਦੁਆਰਾ ਸੰਗਠਿਤ ਕਈ ਸੰਭਵ ਵਿਕਲਪਾਂ ਨੂੰ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਦੂਰ ਖੱਬੇ ਪਾਸੇ ਮੋਨੋਲਿਥਿਕ ਏਕੀਕਰਣ ਹਨ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਜਰਮੇਨੀਅਮ (Ge) ਦੀ ਇੱਕ ਆਪਟੀਕਲ ਲਾਭ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੋਂ, ਐਰਬੀਅਮ-ਡੋਪਡ (Er) ਗਲਾਸ ਵੇਵਗਾਈਡਸ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ Al2O3, ਜਿਸ ਲਈ ਆਪਟੀਕਲ ਪੰਪਿੰਗ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ), ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੇਨਾਈਡ (GaAs) ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ) ਕੁਆਂਟਮ ਬਿੰਦੀਆਂ। ਅਗਲਾ ਕਾਲਮ ਵੇਫਰ ਤੋਂ ਵੇਫਰ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ III-V ਸਮੂਹ ਲਾਭ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਆਕਸਾਈਡ ਅਤੇ ਜੈਵਿਕ ਬੰਧਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਅਗਲਾ ਕਾਲਮ ਚਿੱਪ-ਟੂ-ਵੇਫਰ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ III-V ਗਰੁੱਪ 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। ਸੱਜੇ-ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕਾਲਮ ਚਿੱਪ-ਟੂ-ਚਿੱਪ ਅਸੈਂਬਲੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਿਲੀਕਾਨ ਚਿਪਸ ਨੂੰ III-V ਗਰੁੱਪ ਚਿਪਸ ਦੇ ਨਾਲ ਸਿੱਧੇ ਜੋੜਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ 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 ਕਿਵੇਂ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਹੀ ਤੁਸੀਂ ਖੱਬੇ ਤੋਂ ਸੱਜੇ ਵੱਲ ਜਾਂਦੇ ਹੋ, ਨਿਰਮਾਣ ਸੰਮਿਲਨ ਬਿੰਦੂ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ ਵਾਪਸ ਚਲੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।