सिलिकॉन फोटोनिक्स सक्रिय तत्व

सिलिकॉन फोटोनिक्स सक्रिय तत्व

फोटोनिक्स सक्रिय घटक विशेष रूप से प्रकाश और पदार्थ के बीच जानबूझकर डिज़ाइन किए गए गतिशील इंटरैक्शन को संदर्भित करते हैं। फोटोनिक्स का एक विशिष्ट सक्रिय घटक एक ऑप्टिकल न्यूनाधिक है। सभी वर्तमान सिलिकॉन आधारितऑप्टिकल मॉड्यूलेटरप्लाज्मा मुक्त वाहक प्रभाव पर आधारित हैं। डोपिंग द्वारा एक सिलिकॉन सामग्री में मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छेदों की संख्या को बदलना, विद्युत या ऑप्टिकल विधियाँ इसके जटिल अपवर्तक सूचकांक को बदल सकती हैं, 1550 नैनोमीटर के एक तरंग दैर्ध्य पर Soref और Bennett से डेटा फिटिंग डेटा द्वारा प्राप्त समीकरणों (1,2) में दिखाई गई एक प्रक्रिया। इलेक्ट्रॉनों की तुलना में, छेद वास्तविक और काल्पनिक अपवर्तक सूचकांक परिवर्तनों का एक बड़ा अनुपात पैदा करते हैं, अर्थात, वे किसी दिए गए नुकसान में बदलाव के लिए एक बड़ा चरण परिवर्तन पैदा कर सकते हैं, इसलिए मेंमच-ज़ेन्डर मॉड्यूलेटरऔर रिंग मॉड्यूलेटर, यह आमतौर पर बनाने के लिए छेद का उपयोग करना पसंद किया जाता हैचरण -स्थूलक.

विभिन्नसिलिकॉन (एसआई) न्यूनाधिकप्रकार चित्रा 10 ए में दिखाए गए हैं। एक वाहक इंजेक्शन मॉड्यूलेटर में, प्रकाश एक बहुत विस्तृत पिन जंक्शन के भीतर आंतरिक सिलिकॉन में स्थित है, और इलेक्ट्रॉनों और छेदों को इंजेक्ट किया जाता है। हालांकि, इस तरह के न्यूनाधिक धीमे होते हैं, आमतौर पर 500 मेगाहर्ट्ज के बैंडविड्थ के साथ, क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छेदों को इंजेक्शन के बाद पुनर्संयोजन में अधिक समय लगता है। इसलिए, इस संरचना का उपयोग अक्सर एक न्यूनाधिक के बजाय एक चर ऑप्टिकल एटेन्यूएटर (VOA) के रूप में किया जाता है। एक वाहक की कमी न्यूनाधिक में, प्रकाश भाग एक संकीर्ण पीएन जंक्शन में स्थित है, और पीएन जंक्शन की कमी की चौड़ाई एक लागू विद्युत क्षेत्र द्वारा बदल दी जाती है। यह मॉड्यूलेटर 50GB/s से अधिक की गति से काम कर सकता है, लेकिन उच्च पृष्ठभूमि सम्मिलन हानि है। विशिष्ट VPIL 2 V-CM है। एक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (MOS) (वास्तव में अर्धचालक-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर) मॉड्यूलेटर में एक पीएन जंक्शन में एक पतली ऑक्साइड परत होती है। यह कुछ वाहक संचय के साथ-साथ वाहक की कमी की अनुमति देता है, जिससे लगभग 0.2 वी-सीएम के छोटे v ofl की अनुमति मिलती है, लेकिन उच्च ऑप्टिकल नुकसान और प्रति यूनिट लंबाई में उच्च समाई का नुकसान होता है। इसके अलावा, SIGE (सिलिकॉन जर्मेनियम मिश्र धातु) बैंड एज मूवमेंट पर आधारित SIGE विद्युत अवशोषण मॉड्यूलेटर हैं। इसके अलावा, ग्राफीन मॉड्यूलेटर हैं जो धातुओं और पारदर्शी इंसुलेटरों को अवशोषित करने के लिए स्विच करने के लिए ग्राफीन पर भरोसा करते हैं। ये उच्च गति, कम-हानि ऑप्टिकल सिग्नल मॉड्यूलेशन को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तंत्रों के अनुप्रयोगों की विविधता को प्रदर्शित करते हैं।

चित्रा 10: (ए) विभिन्न सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर डिजाइनों के क्रॉस-सेक्शनल आरेख और (बी) ऑप्टिकल डिटेक्टर डिजाइनों के क्रॉस-सेक्शनल आरेख।

कई सिलिकॉन-आधारित प्रकाश डिटेक्टर चित्र 10 बी में दिखाए गए हैं। अवशोषित सामग्री जर्मेनियम (जीई) है। GE लगभग 1.6 माइक्रोन तक तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करने में सक्षम है। बाईं ओर दिखाया गया आज सबसे व्यावसायिक रूप से सफल पिन संरचना है। यह पी-टाइप डोपेड सिलिकॉन से बना है जिस पर जीई बढ़ता है। जीई और सी में 4% जाली बेमेल है, और अव्यवस्था को कम करने के लिए, सिग की एक पतली परत को पहले बफर परत के रूप में उगाया जाता है। एन-टाइप डोपिंग जीई लेयर के शीर्ष पर किया जाता है। एक धातु-सेमिकंडक्टर-मेटल (एमएसएम) फोटोडायोड को बीच में दिखाया गया है, और एक एपीडी (हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर) दाईं ओर दिखाया गया है। APD में हिमस्खलन क्षेत्र SI में स्थित है, जिसमें समूह III-V मौलिक सामग्री में हिमस्खलन क्षेत्र की तुलना में कम शोर की विशेषताएं हैं।

वर्तमान में, सिलिकॉन फोटोनिक्स के साथ ऑप्टिकल लाभ को एकीकृत करने में स्पष्ट लाभ के साथ कोई समाधान नहीं हैं। चित्र 11 विधानसभा स्तर द्वारा आयोजित कई संभावित विकल्पों को दर्शाता है। दूर के बाईं ओर मोनोलिथिक एकीकरण हैं, जिसमें एक ऑप्टिकल लाभ सामग्री, एरबियम-डोपेड (ईआर) ग्लास वेवगाइड्स (जैसे कि AL2O3, जिसमें ऑप्टिकल पंपिंग की आवश्यकता होती है), और एपिटैक्स रूप से विकसित गैलियम आर्सेनाइड (GAAS) क्वांटम डॉट्स के रूप में एपिटैक्स रूप से उगाए गए जर्मेनियम (जीई) का उपयोग शामिल है। अगला कॉलम वेफर विधानसभा के लिए है, जिसमें III-V समूह लाभ क्षेत्र में ऑक्साइड और कार्बनिक संबंध शामिल हैं। अगला कॉलम चिप-टू-वेफर असेंबली है, जिसमें III-V समूह चिप को सिलिकॉन वेफर के गुहा में एम्बेड करना और फिर वेवगाइड संरचना को मशीनिंग करना शामिल है। इस पहले तीन कॉलम दृष्टिकोण का लाभ यह है कि डिवाइस को काटने से पहले वेफर के अंदर पूरी तरह से कार्यात्मक परीक्षण किया जा सकता है। दाहिने-सबसे अधिक कॉलम चिप-टू-चिप असेंबली है, जिसमें III-V समूह चिप्स के लिए सिलिकॉन चिप्स के प्रत्यक्ष युग्मन के साथ-साथ लेंस और ग्रेटिंग कपल के माध्यम से युग्मन शामिल है। वाणिज्यिक अनुप्रयोगों की ओर रुझान चार्ट के बाईं ओर दाईं ओर से अधिक एकीकृत और एकीकृत समाधानों की ओर बढ़ रहा है।

चित्र 11: कैसे ऑप्टिकल लाभ को सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक्स में एकीकृत किया जाता है। जैसे ही आप बाएं से दाएं चलते हैं, विनिर्माण सम्मिलन बिंदु धीरे -धीरे प्रक्रिया में वापस चला जाता है।