फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (पीआईसी) सामग्री प्रणाली

फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (पीआईसी) सामग्री प्रणाली

सिलिकॉन फोटोनिक्स एक 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 यहां 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, दिए गए पदचिह्न और दी गई लागत में अधिक ट्रांसमिशन जोड़ने की आवश्यकता होती है, सिलिकॉन फोटोनिक्स आर्थिक रूप से अधिक मजबूत हो जाता है। ऑप्टिकल भाग के लिए,फोटोनिक एकीकरण प्रौद्योगिकीका उपयोग किया जाना चाहिए, और आज अधिकांश सुसंगत ट्रांसीवर अलग-अलग LiNbO3/प्लानर लाइट-वेव सर्किट (पीएलसी) मॉड्यूलेटर और InP/PLC रिसीवर का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

चित्र 1: आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (पीआईसी) सामग्री सिस्टम दिखाता है।

चित्र 1 सबसे लोकप्रिय PIC सामग्री प्रणालियाँ दिखाता है। बाएं से दाएं सिलिकॉन-आधारित सिलिका PIC (जिसे PLC भी कहा जाता है), सिलिकॉन-आधारित इंसुलेटर PIC (सिलिकॉन फोटोनिक्स), लिथियम नाइओबेट (LiNbO3), और III-V समूह PIC, जैसे InP और GaAs हैं। यह पेपर सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक्स पर केंद्रित है। मेंसिलिकॉन फोटोनिक्सप्रकाश संकेत मुख्य रूप से सिलिकॉन में यात्रा करता है, जिसमें 1.12 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (1.1 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ) का 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 आज आमतौर पर 300 मिमी व्यास के होते हैं। सिलिका परत बनाने के लिए वेफर सतह का ऑक्सीकरण किया जाता है। वेफर्स में से एक पर एक निश्चित गहराई तक हाइड्रोजन परमाणुओं की बमबारी की जाती है। फिर दोनों वेफर्स को निर्वात में संलयन किया जाता है और उनकी ऑक्साइड परतें एक-दूसरे से जुड़ जाती हैं। असेंबली हाइड्रोजन आयन इम्प्लांटेशन लाइन के साथ टूटती है। दरार पर सिलिकॉन परत को फिर पॉलिश किया जाता है, अंततः सिलिका परत के शीर्ष पर बरकरार सिलिकॉन "हैंडल" वेफर के ऊपर क्रिस्टलीय सी की एक पतली परत छोड़ दी जाती है। इस पतली क्रिस्टलीय परत से वेवगाइड बनते हैं। जबकि ये सिलिकॉन-आधारित इंसुलेटर (एसओआई) वेफर्स कम-नुकसान वाले सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड को संभव बनाते हैं, वे वास्तव में कम-शक्ति वाले सीएमओएस सर्किट में अधिक उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे कम लीकेज करंट प्रदान करते हैं।

सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड के कई संभावित रूप हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। इनमें माइक्रोस्केल जर्मेनियम-डॉप्ड सिलिका वेवगाइड से लेकर नैनोस्केल सिलिकॉन वायर वेवगाइड तक शामिल हैं। जर्मेनियम को मिश्रित करके इसे बनाना संभव हैफोटोडिटेक्टरऔर विद्युत अवशोषणमाड्युलेटर्स, और संभवतः ऑप्टिकल एम्पलीफायर भी। सिलिकॉन को डोपिंग करके, एऑप्टिकल मॉड्यूलेटरबनाया जा सकता है. बाएं से दाएं नीचे हैं: सिलिकॉन वायर वेवगाइड, सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड, सिलिकॉन ऑक्सीनाइट्राइड वेवगाइड, मोटी सिलिकॉन रिज वेवगाइड, पतली सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड और डोप्ड सिलिकॉन वेवगाइड। शीर्ष पर, बाएं से दाएं, डिप्लेशन मॉड्यूलेटर, जर्मेनियम फोटोडिटेक्टर और जर्मेनियम हैंऑप्टिकल एम्पलीफायर.

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