సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం, సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్లు
ఫోటో డిటెక్టర్లుకాంతి సంకేతాలను విద్యుత్ సంకేతాలుగా మార్చడం, మరియు డేటా బదిలీ రేట్లు నిరంతరం మెరుగుపడుతున్నందున, సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్ఫారమ్లతో అనుసంధానించబడిన హై-స్పీడ్ ఫోటోడిటెక్టర్లు తదుపరి తరం డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్వర్క్లకు కీలకంగా మారాయి. ఈ వ్యాసం, సిలికాన్ ఆధారిత జెర్మేనియం (Ge లేదా Si ఫోటోడిటెక్టర్) పై దృష్టి సారిస్తూ, అధునాతన హై-స్పీడ్ ఫోటోడిటెక్టర్ల యొక్క అవలోకనాన్ని అందిస్తుంది.సిలికాన్ ఫోటోడిటెక్టర్లుసమీకృత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీ కోసం.
సిలికాన్ ప్లాట్ఫారమ్లపై సమీప పరారుణ కాంతిని గుర్తించడానికి జెర్మేనియం ఒక ఆకర్షణీయమైన పదార్థం, ఎందుకంటే ఇది CMOS ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద అత్యంత బలమైన శోషణను కలిగి ఉంటుంది. అత్యంత సాధారణ Ge/Si ఫోటోడిటెక్టర్ నిర్మాణం పిన్ డయోడ్, దీనిలో ఇంట్రిన్సిక్ జెర్మేనియం P-రకం మరియు N-రకం ప్రాంతాల మధ్య ఇమిడి ఉంటుంది.
పరికర నిర్మాణం పటం 1 ఒక సాధారణ నిలువు పిన్ Ge లేదాSi ఫోటోడిటెక్టర్నిర్మాణం:
ప్రధాన లక్షణాలు: సిలికాన్ సబ్స్ట్రేట్పై పెంచిన జర్మేనియం శోషక పొర; ఛార్జ్ క్యారియర్ల p మరియు n కాంటాక్ట్లను సేకరించడానికి ఉపయోగిస్తారు; సమర్థవంతమైన కాంతి శోషణ కోసం వేవ్గైడ్ కప్లింగ్.
ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్: రెండు పదార్థాల మధ్య 4.2% లాటిస్ మిస్మ్యాచ్ కారణంగా సిలికాన్పై అధిక నాణ్యత గల జెర్మేనియంను పెంచడం సవాలుతో కూడుకున్నది. సాధారణంగా రెండు-దశల గ్రోత్ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తారు: తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (300-400°C) వద్ద బఫర్ లేయర్ గ్రోత్ మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత (600°C పైన) వద్ద జెర్మేనియం డిపాజిషన్. ఈ పద్ధతి లాటిస్ మిస్మ్యాచ్ల వల్ల కలిగే థ్రెడింగ్ డిస్లొకేషన్లను నియంత్రించడంలో సహాయపడుతుంది. గ్రోత్ తర్వాత 800-900°C వద్ద చేసే అనీలింగ్, థ్రెడింగ్ డిస్లొకేషన్ సాంద్రతను సుమారు 10^7 cm^-2 కు మరింత తగ్గిస్తుంది. పనితీరు లక్షణాలు: అత్యంత అధునాతన Ge/Si PIN ఫోటోడిటెక్టర్ ఈ క్రింది వాటిని సాధించగలదు: రెస్పాన్సివ్నెస్, 1550 nm వద్ద > 0.8A /W; బ్యాండ్విడ్త్, >60 GHz; డార్క్ కరెంట్, -1 V బయాస్ వద్ద <1 μA.
సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్ఫారమ్లతో అనుసంధానం
ఏకీకరణఅధిక-వేగ ఫోటోడిటెక్టర్లుసిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్ఫారమ్లు అధునాతన ఆప్టికల్ ట్రాన్స్సీవర్లు మరియు ఇంటర్కనెక్ట్లను సాధ్యం చేస్తాయి. రెండు ప్రధాన ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతులు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి: ఫ్రంట్-ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (FEOL), దీనిలో ఫోటోడిటెక్టర్ మరియు ట్రాన్సిస్టర్ ఒకేసారి సిలికాన్ సబ్స్ట్రేట్పై తయారు చేయబడతాయి, ఇది అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రాసెసింగ్కు వీలు కల్పిస్తుంది, కానీ చిప్ ఏరియాను ఆక్రమిస్తుంది. బ్యాక్-ఎండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (BEOL). CMOSతో జోక్యాన్ని నివారించడానికి ఫోటోడిటెక్టర్లు లోహం పైన తయారు చేయబడతాయి, కానీ ఇవి తక్కువ ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రతలకు పరిమితం చేయబడ్డాయి.
పటం 2: అధిక వేగవంతమైన Ge/Si ఫోటోడిటెక్టర్ యొక్క ప్రతిస్పందన మరియు బ్యాండ్విడ్త్
డేటా సెంటర్ అప్లికేషన్
తదుపరి తరం డేటా సెంటర్ ఇంటర్కనెక్షన్లో హై-స్పీడ్ ఫోటోడిటెక్టర్లు ఒక కీలకమైన భాగం. ప్రధాన అనువర్తనాలలో ఇవి ఉన్నాయి: ఆప్టికల్ ట్రాన్స్సీవర్లు: 100G, 400G మరియు అంతకంటే ఎక్కువ రేట్లు, PAM-4 మాడ్యులేషన్ను ఉపయోగించి; Aఅధిక బ్యాండ్విడ్త్ ఫోటోడిటెక్టర్(>50 GHz) అవసరం.
సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్: డిటెక్టర్ను మాడ్యులేటర్ మరియు ఇతర భాగాలతో ఏకశిలా ఏకీకరణ; ఒక కాంపాక్ట్, అధిక పనితీరు గల ఆప్టికల్ ఇంజిన్.
డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఆర్కిటెక్చర్: డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ కంప్యూటింగ్, స్టోరేజ్ మరియు స్టోరేజ్ మధ్య ఆప్టికల్ ఇంటర్కనెక్షన్; శక్తి-సమర్థవంతమైన, అధిక బ్యాండ్విడ్త్ ఫోటోడిటెక్టర్లకు డిమాండ్ను పెంచుతుంది.
భవిష్యత్ దృక్పథం
సమీకృత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ హై-స్పీడ్ ఫోటోడిటెక్టర్ల భవిష్యత్తు ఈ క్రింది ధోరణులను ప్రదర్శిస్తుంది:
అధిక డేటా రేట్లు: 800G మరియు 1.6T ట్రాన్స్సీవర్ల అభివృద్ధికి చోదకశక్తిగా ఉన్నాయి; 100 GHz కంటే ఎక్కువ బ్యాండ్విడ్త్లు గల ఫోటోడిటెక్టర్లు అవసరం.
మెరుగైన అనుసంధానం: III-V పదార్థం మరియు సిలికాన్ల సింగిల్ చిప్ అనుసంధానం; అధునాతన 3D అనుసంధాన సాంకేతికత.
కొత్త పదార్థాలు: అత్యంత వేగవంతమైన కాంతి గుర్తింపు కోసం ద్విమితీయ పదార్థాలను (గ్రాఫేన్ వంటివి) అన్వేషించడం; విస్తరించిన తరంగదైర్ఘ్య కవరేజ్ కోసం ఒక కొత్త గ్రూప్ IV మిశ్రమలోహం.
అభివృద్ధి చెందుతున్న అనువర్తనాలు: LiDAR మరియు ఇతర సెన్సింగ్ అనువర్తనాలు APD అభివృద్ధిని నడిపిస్తున్నాయి; అధిక లీనియారిటీ ఫోటోడిటెక్టర్లు అవసరమయ్యే మైక్రోవేవ్ ఫోటాన్ అనువర్తనాలు.
అధిక వేగవంతమైన ఫోటోడిటెక్టర్లు, ముఖ్యంగా Ge లేదా Si ఫోటోడిటెక్టర్లు, సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు తదుపరి తరం ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్లకు కీలక చోదకంగా మారాయి. భవిష్యత్ డేటా సెంటర్లు మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ నెట్వర్క్ల యొక్క పెరుగుతున్న బ్యాండ్విడ్త్ అవసరాలను తీర్చడానికి పదార్థాలు, పరికరాల రూపకల్పన మరియు అనుసంధాన సాంకేతికతలలో నిరంతర పురోగతి చాలా ముఖ్యం. ఈ రంగం అభివృద్ధి చెందుతున్న కొద్దీ, అధిక బ్యాండ్విడ్త్, తక్కువ నాయిస్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్, ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్లతో సజావుగా అనుసంధానం అయ్యే ఫోటోడిటెక్టర్లను మనం చూడవచ్చు.
పోస్ట్ సమయం: జనవరి-20-2025