फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) सामग्री प्रणाली

फोटोनिक एकीकृत परिपथ (पीआईसी) सामग्री प्रणाली

सिलिकॉन फोटोनिक्स एक ऐसी विधा है जो सिलिकॉन सामग्री पर आधारित समतल संरचनाओं का उपयोग करके प्रकाश को विभिन्न कार्यों के लिए निर्देशित करती है। हम यहां फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए ट्रांसमीटर और रिसीवर बनाने में सिलिकॉन फोटोनिक्स के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। जैसे-जैसे एक निश्चित बैंडविड्थ, एक निश्चित आकार और एक निश्चित लागत पर अधिक संचरण की आवश्यकता बढ़ती है, सिलिकॉन फोटोनिक्स अधिक आर्थिक रूप से उपयुक्त हो जाता है। ऑप्टिकल भाग के लिए,फोटोनिक एकीकरण प्रौद्योगिकीइनका उपयोग किया जाना चाहिए, और आज अधिकांश सुसंगत ट्रांसीवर अलग-अलग LiNbO3/प्लेनर लाइट-वेव सर्किट (PLC) मॉड्यूलेटर और InP/PLC रिसीवर का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

चित्र 1: इसमें आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (पीआईसी) सामग्री प्रणालियों को दर्शाया गया है।

चित्र 1 में सबसे लोकप्रिय पीआईसी सामग्री प्रणालियाँ दर्शाई गई हैं। बाएँ से दाएँ क्रम में सिलिकॉन-आधारित सिलिका पीआईसी (जिसे पीएलसी भी कहा जाता है), सिलिकॉन-आधारित इंसुलेटर पीआईसी (सिलिकॉन फोटोनिक्स), लिथियम नायोबेट (LiNbO3), और III-V समूह पीआईसी, जैसे कि InP और GaAs हैं। यह शोधपत्र सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक्स पर केंद्रित है।सिलिकॉन फोटोनिक्सप्रकाश संकेत मुख्य रूप से सिलिकॉन में प्रवाहित होता है, जिसका अप्रत्यक्ष बैंड गैप 1.12 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (1.1 माइक्रोन की तरंगदैर्ध्य के साथ) होता है। सिलिकॉन को भट्टियों में शुद्ध क्रिस्टल के रूप में उगाया जाता है और फिर वेफर्स में काटा जाता है, जिनका व्यास आजकल आमतौर पर 300 मिमी होता है। वेफर की सतह को ऑक्सीकृत करके सिलिका की एक परत बनाई जाती है। एक वेफर पर एक निश्चित गहराई तक हाइड्रोजन परमाणुओं की बमबारी की जाती है। फिर दोनों वेफर्स को निर्वात में पिघलाया जाता है और उनकी ऑक्साइड परतें आपस में जुड़ जाती हैं। हाइड्रोजन आयन प्रत्यारोपण रेखा के साथ संयोजन टूट जाता है। दरार पर स्थित सिलिकॉन परत को पॉलिश किया जाता है, जिससे अंततः सिलिका परत के ऊपर अक्षुण्ण सिलिकॉन "हैंडल" वेफर के ऊपर क्रिस्टलीय Si की एक पतली परत रह जाती है। इस पतली क्रिस्टलीय परत से वेवगाइड्स का निर्माण होता है। हालांकि ये सिलिकॉन-आधारित इंसुलेटर (एसओआई) वेफर्स कम नुकसान वाले सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड्स को संभव बनाते हैं, लेकिन वास्तव में इनका उपयोग कम लीकेज करंट के कारण कम-शक्ति वाले CMOS सर्किट में अधिक सामान्यतः किया जाता है।

चित्र 2 में दिखाए अनुसार, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड के कई संभावित रूप हैं। ये सूक्ष्म पैमाने के जर्मेनियम-मिश्रित सिलिका वेवगाइड से लेकर नैनो पैमाने के सिलिकॉन वायर वेवगाइड तक होते हैं। जर्मेनियम को मिलाकर, इन्हें बनाना संभव है।फोटोडिटेक्टरऔर विद्युत अवशोषणमाड्युलेटर्सऔर संभवतः ऑप्टिकल एम्पलीफायर भी। सिलिकॉन में डोपिंग करके,ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरइन्हें बनाया जा सकता है। नीचे बाईं से दाईं ओर हैं: सिलिकॉन वायर वेवगाइड, सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड, सिलिकॉन ऑक्सीनाइट्राइड वेवगाइड, मोटा सिलिकॉन रिज वेवगाइड, पतला सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड और डोप्ड सिलिकॉन वेवगाइड। ऊपर बाईं से दाईं ओर हैं: डिप्लेशन मॉड्यूलेटर, जर्मेनियम फोटोडिटेक्टर और जर्मेनियम।ऑप्टिकल एम्पलीफायर.

चित्र 2: सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेवगाइड श्रृंखला का अनुप्रस्थ काट, जिसमें विशिष्ट प्रसार हानि और अपवर्तक सूचकांक दर्शाए गए हैं।