फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PIC) सामग्री प्रणाली

फोटोनिक एकीकृत सर्किट (PIC) सामग्री प्रणाली

सिलिकॉन फोटोनिक्स एक ऐसा क्षेत्र है जो विभिन्न कार्यों को प्राप्त करने के लिए प्रकाश को निर्देशित करने हेतु सिलिकॉन पदार्थों पर आधारित समतलीय संरचनाओं का उपयोग करता है। यहाँ हम फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर बनाने में सिलिकॉन फोटोनिक्स के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करते हैं। जैसे-जैसे किसी निश्चित बैंडविड्थ, निश्चित फुटप्रिंट और निश्चित लागत पर अधिक ट्रांसमिशन जोड़ने की आवश्यकता बढ़ती है, सिलिकॉन फोटोनिक्स आर्थिक रूप से अधिक लाभकारी होता 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 पदार्थ प्रणालियों को दर्शाता है। बाएँ से दाएँ सिलिकॉन-आधारित सिलिका PIC (जिसे PLC भी कहते हैं), सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर PIC (सिलिकॉन फोटोनिक्स), लिथियम नियोबेट (LiNbO3), और III-V समूह PIC, जैसे InP और GaAs, प्रदर्शित हैं। यह शोधपत्र 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 आम तौर पर 300 मिमी व्यास के होते हैं। वेफर की सतह को सिलिका परत बनाने के लिए ऑक्सीकृत किया जाता है। वेफर्स में से एक 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। संयोजन हाइड्रोजन आयन आरोपण रेखा के साथ टूट जाता है। फिर दरार में सिलिकॉन परत को पॉलिश किया जाता है, अंततः सिलिका परत के शीर्ष पर बरकरार सिलिकॉन "हैंडल" वेफर के शीर्ष पर क्रिस्टलीय Si की एक पतली परत छोड़ दी जाती है हालांकि ये सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर (एसओआई) वेफर्स कम-नुकसान वाले सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड्स को संभव बनाते हैं, लेकिन वास्तव में इनका उपयोग कम-शक्ति वाले सीएमओएस सर्किटों में अधिक किया जाता है, क्योंकि ये कम रिसाव धारा प्रदान करते हैं।

जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड के कई संभावित रूप हैं। इनमें सूक्ष्म जर्मेनियम-डोप्ड सिलिका वेवगाइड से लेकर नैनोस्केल सिलिकॉन वायर वेवगाइड तक शामिल हैं। जर्मेनियम को मिलाकर, यह बनाना संभव है।फोटोडिटेक्टरऔर 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। ऊपर, बाएँ से दाएँ, हैं डिप्लेशन मॉड्यूलेटर, जर्मेनियम फोटोडिटेक्टर, और जर्मेनियमऑप्टिकल एम्पलीफायरों.

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