फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PIC) सामग्री प्रणाली

फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PIC) सामग्री प्रणाली

सिलिकॉन फोटोनिक्स एक ऐसा अनुशासन है जो विभिन्न प्रकार के कार्यों को प्राप्त करने के लिए प्रकाश को निर्देशित करने के लिए सिलिकॉन सामग्री पर आधारित समतल संरचनाओं का उपयोग करता है। हम यहाँ फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर बनाने में सिलिकॉन फोटोनिक्स के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करते हैं। जैसे-जैसे किसी दिए गए बैंडविड्थ, किसी दिए गए पदचिह्न और किसी दिए गए लागत में अधिक संचरण जोड़ने की आवश्यकता बढ़ती है, सिलिकॉन फोटोनिक्स अधिक आर्थिक रूप से सही हो जाता है। ऑप्टिकल भाग के लिए,फोटोनिक एकीकरण प्रौद्योगिकीका उपयोग किया जाना चाहिए, और आजकल अधिकांश सुसंगत ट्रांसीवर अलग-अलग LiNbO3/ प्लानर लाइट-वेव सर्किट (पीएलसी) मॉड्यूलेटर और InP/PLC रिसीवर का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

चित्र 1: सामान्यतः प्रयुक्त फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PIC) सामग्री प्रणालियों को दर्शाता है।

चित्र 1 सबसे लोकप्रिय PIC सामग्री प्रणालियों को दर्शाता है। बाएं से दाएं सिलिकॉन-आधारित सिलिका PIC (जिसे PLC भी कहा जाता है), सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर PIC (सिलिकॉन फोटोनिक्स), लिथियम नियोबेट (LiNbO3), और III-V समूह PIC, जैसे InP और GaAs हैं। यह पेपर सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक्स पर केंद्रित है।सिलिकॉन फोटोनिक्स, प्रकाश संकेत मुख्य रूप से सिलिकॉन में यात्रा करता है, जिसमें 1.12 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (1.1 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ) का एक अप्रत्यक्ष बैंड गैप होता है। सिलिकॉन को भट्टियों में शुद्ध क्रिस्टल के रूप में उगाया जाता है और फिर वेफर्स में काटा जाता है, जो आजकल आमतौर पर 300 मिमी व्यास के होते हैं। वेफर की सतह को सिलिका परत बनाने के लिए ऑक्सीकृत किया जाता है। एक वेफर्स पर एक निश्चित गहराई तक हाइड्रोजन परमाणुओं की बमबारी की जाती है। फिर दो वेफर्स को एक वैक्यूम में फ्यूज किया जाता है और उनकी ऑक्साइड परतें एक दूसरे से बंध जाती हैं। हाइड्रोजन आयन आरोपण रेखा के साथ संयोजन टूट जाता है। फिर दरार पर सिलिकॉन परत को पॉलिश किया जाता है, अंत में सिलिका परत के शीर्ष पर बरकरार सिलिकॉन "हैंडल" वेफर के शीर्ष पर क्रिस्टलीय Si की एक पतली परत छोड़ दी जाती है जबकि ये सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर (एसओआई) वेफर्स कम-नुकसान वाले सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड्स को संभव बनाते हैं, वास्तव में वे कम-शक्ति वाले सीएमओएस सर्किटों में अधिक उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे कम रिसाव धारा प्रदान करते हैं।

सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड के कई संभावित रूप हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। वे माइक्रोस्केल जर्मेनियम-डोप्ड सिलिका वेवगाइड से लेकर नैनोस्केल सिलिकॉन वायर वेवगाइड तक हैं। जर्मेनियम को मिलाकर, इसे बनाना संभव हैफोटोडिटेक्टरऔर विद्युत अवशोषणमाड्युलेटर्स, और संभवतः ऑप्टिकल एम्पलीफायर भी। सिलिकॉन को डोप करके,ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरबनाया जा सकता है। नीचे बाएँ से दाएँ हैं: सिलिकॉन वायर वेवगाइड, सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड, सिलिकॉन ऑक्सिनाइट्राइड वेवगाइड, मोटी सिलिकॉन रिज वेवगाइड, पतली सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड और डोप्ड सिलिकॉन वेवगाइड। सबसे ऊपर, बाएँ से दाएँ, डेप्लेशन मॉड्यूलेटर, जर्मेनियम फोटोडिटेक्टर और जर्मेनियमऑप्टिकल एम्पलीफायर.

चित्र 2: सिलिकॉन आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड श्रृंखला का क्रॉस-सेक्शन, जो विशिष्ट प्रसार हानि और अपवर्तक सूचकांक दर्शाता है।