సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం, సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్లు (SI ఫోటోడెటెక్టర్)

సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం, సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్లు

ఫోటోడెటెక్టర్లుకాంతి సంకేతాలను ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్‌లుగా మార్చండి మరియు డేటా బదిలీ రేట్లు మెరుగుపడటంతో, సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లతో అనుసంధానించబడిన హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లు తరువాతి తరం డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌లకు కీలకం. ఈ వ్యాసం సిలికాన్ ఆధారిత జెర్మేనియం (GE లేదా SI ఫోటోడెటెక్టర్) కు ప్రాధాన్యతనిస్తూ అధునాతన హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్ల యొక్క అవలోకనాన్ని అందిస్తుంది.సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్లుఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ కోసం.

జెర్మేనియం సిలికాన్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లపై పరారుణ కాంతిని గుర్తించడానికి ఆకర్షణీయమైన పదార్థం ఎందుకంటే ఇది CMOS ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద చాలా బలమైన శోషణను కలిగి ఉంటుంది. సర్వసాధారణమైన GE/SI ఫోటోడెటెక్టర్ నిర్మాణం పిన్ డయోడ్, దీనిలో అంతర్గత జెర్మేనియం P- రకం మరియు N- రకం ప్రాంతాల మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడింది.

పరికర నిర్మాణం మూర్తి 1 ఒక సాధారణ నిలువు పిన్ జిని చూపిస్తుందిSI ఫోటోడెటెక్టర్నిర్మాణం:

ప్రధాన లక్షణాలు: సిలికాన్ ఉపరితలంపై పెరిగిన జెర్మేనియం శోషక పొర; ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల P మరియు N పరిచయాలను సేకరించడానికి ఉపయోగిస్తారు; సమర్థవంతమైన కాంతి శోషణ కోసం వేవ్‌గైడ్ కలపడం.

ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల: రెండు పదార్థాల మధ్య 4.2% జాలక అసమతుల్యత కారణంగా సిలికాన్ పై అధిక నాణ్యత గల జెర్మేనియం పెరుగుతోంది. రెండు-దశల పెరుగుదల ప్రక్రియ సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది: తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (300-400 ° C) బఫర్ పొర పెరుగుదల మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత (600 ° C పైన) జెర్మేనియం నిక్షేపణ. ఈ పద్ధతి జాలక అసమతుల్యత వల్ల కలిగే తొలగుటలను నియంత్రించడానికి సహాయపడుతుంది. 800-900 ° C వద్ద పోస్ట్-గ్రోత్ ఎనియలింగ్ థ్రెడింగ్ తొలగుట సాంద్రతను సుమారు 10^7 సెం.మీ^-2 కు తగ్గిస్తుంది. పనితీరు లక్షణాలు: అత్యంత అధునాతన GE /SI పిన్ ఫోటోడెటెక్టర్ సాధించగలదు: ప్రతిస్పందన,> 1550 nm వద్ద 0.8A /W; బ్యాండ్‌విడ్త్,> 60 GHz; డార్క్ కరెంట్, <1 μa -1 v బయాస్ వద్ద.

సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లతో అనుసంధానం

యొక్క ఏకీకరణహై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లుసిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లతో అధునాతన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్లు మరియు ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లను అనుమతిస్తుంది. రెండు ప్రధాన సమైక్యత పద్ధతులు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: ఫ్రంట్-ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (FEOL), ఇక్కడ ఫోటోడెటెక్టర్ మరియు ట్రాన్సిస్టర్ ఏకకాలంలో సిలికాన్ ఉపరితలంపై తయారు చేయబడతాయి, అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రాసెసింగ్‌ను అనుమతిస్తాయి, కాని చిప్ ప్రాంతాన్ని తీసుకోవడం. బ్యాక్ ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (BEOL). CMO లతో జోక్యం చేసుకోకుండా ఉండటానికి ఫోటోడెటెక్టర్లను లోహం పైన తయారు చేస్తారు, కానీ తక్కువ ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రతలకు పరిమితం.

మూర్తి 2: హై-స్పీడ్ GE/SI ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ప్రతిస్పందన మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్

డేటా సెంటర్ అప్లికేషన్

డేటా సెంటర్ ఇంటర్ కనెక్షన్ యొక్క తరువాతి తరం లో హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లు కీలకమైన భాగం. ప్రధాన అనువర్తనాలు: ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్లు: 100 గ్రా, 400 గ్రా మరియు అధిక రేట్లు, PAM-4 మాడ్యులేషన్ ఉపయోగించి; ఎహై బ్యాండ్‌విడ్త్ ఫోటోడెటెక్టర్(> 50 GHz) అవసరం.

సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్: మాడ్యులేటర్ మరియు ఇతర భాగాలతో డిటెక్టర్ యొక్క ఏకశిలా సమైక్యత; కాంపాక్ట్, అధిక-పనితీరు గల ఆప్టికల్ ఇంజిన్.

పంపిణీ ఆర్కిటెక్చర్: పంపిణీ చేయబడిన కంప్యూటింగ్, నిల్వ మరియు నిల్వ మధ్య ఆప్టికల్ ఇంటర్ కనెక్షన్; శక్తి-సమర్థవంతమైన, అధిక-బ్యాండ్‌విడ్త్ ఫోటోడెటెక్టర్ల డిమాండ్‌ను నడపడం.

భవిష్యత్ దృక్పథం

ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్ల భవిష్యత్తు ఈ క్రింది పోకడలను చూపుతుంది:

అధిక డేటా రేట్లు: 800 గ్రా మరియు 1.6 టి ట్రాన్స్‌సీవర్ల అభివృద్ధిని నడపడం; 100 GHz కంటే ఎక్కువ బ్యాండ్‌విడ్త్‌లతో ఉన్న ఫోటోడెటెక్టర్లు అవసరం.

మెరుగైన ఇంటిగ్రేషన్: III-V పదార్థం మరియు సిలికాన్ యొక్క సింగిల్ చిప్ ఇంటిగ్రేషన్; అధునాతన 3 డి ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీ.

క్రొత్త పదార్థాలు: అల్ట్రాఫాస్ట్ లైట్ డిటెక్షన్ కోసం రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాలను (గ్రాఫేన్ వంటివి) అన్వేషించడం; విస్తరించిన తరంగదైర్ఘ్యం కవరేజ్ కోసం కొత్త సమూహం IV మిశ్రమం.

అభివృద్ధి చెందుతున్న అనువర్తనాలు: లిడార్ మరియు ఇతర సెన్సింగ్ అనువర్తనాలు APD అభివృద్ధికి కారణమవుతున్నాయి; మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనాలు అధిక లీనియారిటీ ఫోటోడెటెక్టర్లు అవసరం.

హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లు, ముఖ్యంగా GE లేదా SI ఫోటోడెటెక్టర్లు, సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు తరువాతి తరం ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ల యొక్క ముఖ్య డ్రైవర్‌గా మారాయి. భవిష్యత్ డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క పెరుగుతున్న బ్యాండ్‌విడ్త్ డిమాండ్లను తీర్చడానికి పదార్థాలు, పరికర రూపకల్పన మరియు ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీలలో నిరంతర పురోగతులు ముఖ్యమైనవి. ఫీల్డ్ అభివృద్ధి చెందుతూనే, అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్, తక్కువ శబ్దం మరియు ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌లతో అతుకులు అనుసంధానం కలిగిన ఫోటోడెటెక్టర్లను మేము చూడవచ్చు.