సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం, సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్లు (Si ఫోటోడెటెక్టర్)

సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం, సిలికాన్ ఫోటోడెటెక్టర్లు

ఫోటో డిటెక్టర్లుకాంతి సంకేతాలను విద్యుత్ సంకేతాలుగా మారుస్తాయి మరియు డేటా బదిలీ రేట్లు మెరుగుపడటం కొనసాగుతున్నందున, సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లతో అనుసంధానించబడిన హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లు తదుపరి తరం డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌లకు కీలకంగా మారాయి. ఈ వ్యాసం సిలికాన్ ఆధారిత జెర్మేనియం (Ge లేదా Si ఫోటోడెటెక్టర్) పై ప్రాధాన్యతనిస్తూ అధునాతన హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్ల అవలోకనాన్ని అందిస్తుంది.సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్లుఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ కోసం.

సిలికాన్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లపై సమీప పరారుణ కాంతి గుర్తింపుకు జెర్మేనియం ఒక ఆకర్షణీయమైన పదార్థం ఎందుకంటే ఇది CMOS ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద చాలా బలమైన శోషణను కలిగి ఉంటుంది. అత్యంత సాధారణ Ge/Si ఫోటోడెటెక్టర్ నిర్మాణం పిన్ డయోడ్, దీనిలో అంతర్గత జెర్మేనియం P-రకం మరియు N-రకం ప్రాంతాల మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడుతుంది.

పరికర నిర్మాణం చిత్రం 1 ఒక సాధారణ నిలువు పిన్ Ge లేదా చూపిస్తుందిSi ఫోటోడిటెక్టర్నిర్మాణం:

ప్రధాన లక్షణాలు: సిలికాన్ ఉపరితలంపై పెరిగిన జెర్మేనియం శోషక పొర; ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల p మరియు n కాంటాక్ట్‌లను సేకరించడానికి ఉపయోగిస్తారు; సమర్థవంతమైన కాంతి శోషణ కోసం వేవ్‌గైడ్ కలపడం.

ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల: రెండు పదార్థాల మధ్య 4.2% లాటిస్ అసమతుల్యత కారణంగా సిలికాన్‌పై అధిక నాణ్యత గల జెర్మేనియంను పెంచడం సవాలుతో కూడుకున్నది. సాధారణంగా రెండు-దశల వృద్ధి ప్రక్రియ ఉపయోగించబడుతుంది: తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (300-400°C) బఫర్ పొర పెరుగుదల మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత (600°C కంటే ఎక్కువ) జెర్మేనియం నిక్షేపణ. ఈ పద్ధతి లాటిస్ అసమతుల్యత వల్ల కలిగే థ్రెడింగ్ డిస్‌లోకేషన్‌లను నియంత్రించడంలో సహాయపడుతుంది. 800-900°C వద్ద పోస్ట్-గ్రోత్ ఎనియలింగ్ థ్రెడింగ్ డిస్‌లోకేషన్ సాంద్రతను దాదాపు 10^7 cm^-2కి తగ్గిస్తుంది. పనితీరు లక్షణాలు: అత్యంత అధునాతన Ge/Si PIN ఫోటోడెటెక్టర్ సాధించగలది: ప్రతిస్పందన, > 0.8A /W at 1550 nm; బ్యాండ్‌విడ్త్,>60 GHz; డార్క్ కరెంట్, <1 μA at -1 V బయాస్.

సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లతో ఏకీకరణ

యొక్క ఏకీకరణహై-స్పీడ్ ఫోటోడిటెక్టర్లుసిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లతో అధునాతన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లు మరియు ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లను అనుమతిస్తుంది. రెండు ప్రధాన ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతులు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: ఫ్రంట్-ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (FEOL), ఇక్కడ ఫోటోడెటెక్టర్ మరియు ట్రాన్సిస్టర్ ఒకేసారి సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై తయారు చేయబడతాయి, ఇవి అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రాసెసింగ్‌కు అనుమతిస్తాయి, కానీ చిప్ ప్రాంతాన్ని తీసుకుంటాయి. బ్యాక్-ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (BEOL). CMOSతో జోక్యాన్ని నివారించడానికి ఫోటోడెటెక్టర్‌లను మెటల్ పైన తయారు చేస్తారు, కానీ తక్కువ ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రతలకు పరిమితం చేస్తారు.

చిత్రం 2: హై-స్పీడ్ Ge/Si ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ప్రతిస్పందన మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్

డేటా సెంటర్ అప్లికేషన్

తదుపరి తరం డేటా సెంటర్ ఇంటర్‌కనెక్షన్‌లో హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్‌లు కీలకమైన భాగం. ప్రధాన అనువర్తనాల్లో ఇవి ఉన్నాయి: ఆప్టికల్ ట్రాన్స్‌సీవర్‌లు: PAM-4 మాడ్యులేషన్ ఉపయోగించి 100G, 400G మరియు అధిక రేట్లు; Aఅధిక బ్యాండ్‌విడ్త్ ఫోటోడిటెక్టర్(>50 GHz) అవసరం.

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

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఆర్కిటెక్చర్: డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ కంప్యూటింగ్, స్టోరేజ్ మరియు స్టోరేజ్ మధ్య ఆప్టికల్ ఇంటర్ కనెక్షన్; శక్తి-సమర్థవంతమైన, అధిక-బ్యాండ్‌విడ్త్ ఫోటోడెటెక్టర్‌ల డిమాండ్‌ను పెంచుతుంది.

భవిష్యత్తు దృక్పథం

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

అధిక డేటా రేట్లు: 800G మరియు 1.6T ట్రాన్స్‌సీవర్ల అభివృద్ధిని నడిపించడం; 100 GHz కంటే ఎక్కువ బ్యాండ్‌విడ్త్‌లతో ఫోటోడెటెక్టర్లు అవసరం.

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

కొత్త పదార్థాలు: అల్ట్రాఫాస్ట్ లైట్ డిటెక్షన్ కోసం ద్విమితీయ పదార్థాలను (గ్రాఫేన్ వంటివి) అన్వేషించడం; విస్తరించిన తరంగదైర్ఘ్యం కవరేజ్ కోసం కొత్త గ్రూప్ IV మిశ్రమం.

ఉద్భవిస్తున్న అప్లికేషన్లు: LiDAR మరియు ఇతర సెన్సింగ్ అప్లికేషన్లు APD అభివృద్ధిని నడిపిస్తున్నాయి; అధిక లీనియరిటీ ఫోటోడెటెక్టర్లు అవసరమయ్యే మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అప్లికేషన్లు.

హై-స్పీడ్ ఫోటోడెటెక్టర్లు, ముఖ్యంగా Ge లేదా Si ఫోటోడెటెక్టర్లు, సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు తదుపరి తరం ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లకు కీలకమైన డ్రైవర్‌గా మారాయి. భవిష్యత్ డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్‌వర్క్‌ల పెరుగుతున్న బ్యాండ్‌విడ్త్ డిమాండ్‌లను తీర్చడానికి మెటీరియల్స్, పరికర రూపకల్పన మరియు ఇంటిగ్రేషన్ టెక్నాలజీలలో నిరంతర పురోగతులు ముఖ్యమైనవి. ఈ రంగం అభివృద్ధి చెందుతూనే ఉన్నందున, అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్, తక్కువ శబ్దం మరియు ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌లతో సజావుగా ఏకీకరణతో ఫోటోడెటెక్టర్‌లను మనం చూడవచ్చు.