सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
फोटोडिटेक्टरप्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करें, और जैसे-जैसे डेटा स्थानांतरण दर में सुधार जारी है, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लेटफ़ॉर्म के साथ एकीकृत उच्च गति वाले फोटोडिटेक्टर अगली पीढ़ी के डेटा केंद्रों और दूरसंचार नेटवर्क के लिए महत्वपूर्ण बन गए हैं। यह लेख उन्नत उच्च गति वाले फोटोडिटेक्टरों का अवलोकन प्रदान करेगा, जिसमें सिलिकॉन आधारित जर्मेनियम (जीई या सी फोटोडिटेक्टर) पर जोर दिया जाएगासिलिकॉन फोटो डिटेक्टरएकीकृत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के लिए।
जर्मेनियम सिलिकॉन प्लेटफ़ॉर्म पर निकट अवरक्त प्रकाश का पता लगाने के लिए एक आकर्षक सामग्री है क्योंकि यह CMOS प्रक्रियाओं के साथ संगत है और दूरसंचार तरंगदैर्ध्य पर अत्यधिक मजबूत अवशोषण है। सबसे आम Ge/Si फोटोडिटेक्टर संरचना पिन डायोड है, जिसमें आंतरिक जर्मेनियम P-प्रकार और N-प्रकार क्षेत्रों के बीच सैंडविच होता है।
डिवाइस संरचना चित्र 1 एक विशिष्ट ऊर्ध्वाधर पिन Ge या दिखाता हैSi फोटोडिटेक्टरसंरचना:
मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं: सिलिकॉन सब्सट्रेट पर विकसित जर्मेनियम अवशोषित परत; चार्ज वाहकों के पी और एन संपर्कों को इकट्ठा करने के लिए उपयोग किया जाता है; कुशल प्रकाश अवशोषण के लिए वेवगाइड युग्मन।
एपीटैक्सियल वृद्धि: सिलिकॉन पर उच्च गुणवत्ता वाले जर्मेनियम को उगाना चुनौतीपूर्ण है क्योंकि दोनों सामग्रियों के बीच 4.2% जाली बेमेल है। आमतौर पर दो-चरणीय वृद्धि प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है: कम तापमान (300-400 डिग्री सेल्सियस) बफर परत वृद्धि और उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) जर्मेनियम का जमाव। यह विधि जाली बेमेल के कारण होने वाले थ्रेडिंग अव्यवस्था को नियंत्रित करने में मदद करती है। 800-900 डिग्री सेल्सियस पर पोस्ट-ग्रोथ एनीलिंग थ्रेडिंग अव्यवस्था घनत्व को लगभग 10^7 सेमी^-2 तक कम कर देता है। प्रदर्शन विशेषताएँ: सबसे उन्नत Ge/Si PIN फोटोडिटेक्टर प्राप्त कर सकता है: प्रतिक्रियाशीलता, 1550 एनएम पर > 0.8A /W; बैंडविड्थ, >60 GHz; डार्क करंट, -1 V बायस पर <1 μA।
सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लेटफार्मों के साथ एकीकरण
का एकीकरणउच्च गति फोटो डिटेक्टरसिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लेटफ़ॉर्म के साथ उन्नत ऑप्टिकल ट्रांसीवर और इंटरकनेक्ट सक्षम बनाता है। दो मुख्य एकीकरण विधियाँ इस प्रकार हैं: फ्रंट-एंड इंटीग्रेशन (FEOL), जहाँ फोटोडिटेक्टर और ट्रांजिस्टर को एक साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट पर निर्मित किया जाता है, जो उच्च तापमान प्रसंस्करण की अनुमति देता है, लेकिन चिप क्षेत्र को घेरता है। बैक-एंड इंटीग्रेशन (BEOL)। CMOS के साथ हस्तक्षेप से बचने के लिए फोटोडिटेक्टर धातु के ऊपर निर्मित होते हैं, लेकिन कम प्रसंस्करण तापमान तक सीमित होते हैं।
चित्र 2: उच्च गति वाले Ge/Si फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रियाशीलता और बैंडविड्थ
डेटा सेंटर अनुप्रयोग
हाई-स्पीड फोटोडिटेक्टर अगली पीढ़ी के डेटा सेंटर इंटरकनेक्शन में एक महत्वपूर्ण घटक हैं। मुख्य अनुप्रयोगों में शामिल हैं: ऑप्टिकल ट्रांसीवर: 100G, 400G और उच्च दर, PAM-4 मॉड्यूलेशन का उपयोग करते हुए; एउच्च बैंडविड्थ फोटो डिटेक्टर(>50 गीगाहर्ट्ज) की आवश्यकता है।
सिलिकॉन आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकृत सर्किट: डिटेक्टर का मॉड्यूलेटर और अन्य घटकों के साथ अखंड एकीकरण; एक कॉम्पैक्ट, उच्च प्रदर्शन ऑप्टिकल इंजन।
वितरित वास्तुकला: वितरित कंप्यूटिंग, भंडारण और भंडारण के बीच ऑप्टिकल अंतर्संबंध; ऊर्जा-कुशल, उच्च-बैंडविड्थ फोटोडिटेक्टरों की मांग को बढ़ावा देना।
भविष्य का दृष्टिकोण
एकीकृत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उच्च गति फोटोडिटेक्टरों का भविष्य निम्नलिखित रुझान दिखाएगा:
उच्चतर डेटा दर: 800G और 1.6T ट्रांसीवर के विकास को बढ़ावा देना; 100 GHz से अधिक बैंडविड्थ वाले फोटोडिटेक्टर की आवश्यकता है।
उन्नत एकीकरण: III-V सामग्री और सिलिकॉन का एकल चिप एकीकरण; उन्नत 3D एकीकरण प्रौद्योगिकी।
नई सामग्रियां: अल्ट्राफास्ट प्रकाश का पता लगाने के लिए दो-आयामी सामग्रियों (जैसे ग्रेफीन) की खोज; विस्तारित तरंगदैर्ध्य कवरेज के लिए एक नया ग्रुप IV मिश्र धातु।
उभरते अनुप्रयोग: LiDAR और अन्य संवेदन अनुप्रयोग APD के विकास को आगे बढ़ा रहे हैं; माइक्रोवेव फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए उच्च रैखिकता फोटोडिटेक्टर की आवश्यकता होती है।
हाई-स्पीड फोटोडिटेक्टर, खास तौर पर Ge या Si फोटोडिटेक्टर, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और अगली पीढ़ी के ऑप्टिकल संचार के मुख्य चालक बन गए हैं। भविष्य के डेटा सेंटर और दूरसंचार नेटवर्क की बढ़ती बैंडविड्थ मांगों को पूरा करने के लिए सामग्री, डिवाइस डिज़ाइन और एकीकरण प्रौद्योगिकियों में निरंतर प्रगति महत्वपूर्ण है। जैसे-जैसे यह क्षेत्र विकसित होता जा रहा है, हम उच्च बैंडविड्थ, कम शोर और इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक सर्किट के साथ सहज एकीकरण वाले फोटोडिटेक्टर देखने की उम्मीद कर सकते हैं।
पोस्ट करने का समय: जनवरी-20-2025