సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ క్రియాశీల మూలకం

సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్ క్రియాశీల మూలకం

ఫోటోనిక్స్ క్రియాశీల భాగాలు కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య ఉద్దేశపూర్వకంగా రూపొందించబడిన డైనమిక్ పరస్పర చర్యలను ప్రత్యేకంగా సూచిస్తాయి. ఫోటోనిక్స్ యొక్క ఒక సాధారణ క్రియాశీల భాగం ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్. అన్ని ప్రస్తుత సిలికాన్ ఆధారితఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లుప్లాస్మా ఫ్రీ క్యారియర్ ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. డోపింగ్, ఎలక్ట్రికల్ లేదా ఆప్టికల్ పద్ధతుల ద్వారా సిలికాన్ పదార్థంలో ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల సంఖ్యను మార్చడం దాని సంక్లిష్ట వక్రీభవన సూచికను మార్చగలదు, ఈ ప్రక్రియ 1550 నానోమీటర్ల తరంగదైర్ఘ్యంతో సోరెఫ్ మరియు బెన్నెట్ నుండి డేటాను అమర్చడం ద్వారా పొందిన సమీకరణాలలో (1,2) చూపబడుతుంది. . ఎలక్ట్రాన్‌లతో పోలిస్తే, రంధ్రాలు నిజమైన మరియు ఊహాత్మక వక్రీభవన సూచిక మార్పుల యొక్క అధిక నిష్పత్తిని కలిగిస్తాయి, అనగా, అవి ఇచ్చిన నష్ట మార్పు కోసం పెద్ద దశ మార్పును ఉత్పత్తి చేయగలవు.Mach-Zehnder మాడ్యులేటర్లుమరియు రింగ్ మాడ్యులేటర్లు, ఇది సాధారణంగా చేయడానికి రంధ్రాలను ఉపయోగించడానికి ప్రాధాన్యతనిస్తుందిదశ మాడ్యులేటర్లు.

వివిధసిలికాన్ (Si) మాడ్యులేటర్రకాలు మూర్తి 10Aలో చూపబడ్డాయి. క్యారియర్ ఇంజెక్షన్ మాడ్యులేటర్‌లో, కాంతి చాలా విశాలమైన పిన్ జంక్షన్‌లో అంతర్గత సిలికాన్‌లో ఉంటుంది మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి. అయినప్పటికీ, ఇటువంటి మాడ్యులేటర్లు నెమ్మదిగా ఉంటాయి, సాధారణంగా 500 MHz బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో ఉంటాయి, ఎందుకంటే ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు రంధ్రాలు ఇంజెక్షన్ తర్వాత తిరిగి కలపడానికి ఎక్కువ సమయం తీసుకుంటాయి. అందువల్ల, ఈ నిర్మాణం తరచుగా మాడ్యులేటర్‌గా కాకుండా వేరియబుల్ ఆప్టికల్ అటెన్యూయేటర్ (VOA)గా ఉపయోగించబడుతుంది. క్యారియర్ డిప్లిషన్ మాడ్యులేటర్‌లో, కాంతి భాగం ఇరుకైన pn జంక్షన్‌లో ఉంటుంది మరియు pn జంక్షన్ యొక్క క్షీణత వెడల్పు అనువర్తిత విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా మార్చబడుతుంది. ఈ మాడ్యులేటర్ 50Gb/s కంటే ఎక్కువ వేగంతో పనిచేయగలదు, కానీ అధిక బ్యాక్‌గ్రౌండ్ ఇన్సర్షన్ నష్టాన్ని కలిగి ఉంటుంది. సాధారణ vpil 2 V-సెం.మీ. మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ (MOS) (వాస్తవానికి సెమీకండక్టర్-ఆక్సైడ్-సెమీకండక్టర్) మాడ్యులేటర్ pn జంక్షన్‌లో సన్నని ఆక్సైడ్ పొరను కలిగి ఉంటుంది. ఇది కొంత క్యారియర్ సంచితం మరియు క్యారియర్ క్షీణతను అనుమతిస్తుంది, ఇది దాదాపు 0.2 V-సెంటీమీటర్ల చిన్న VπLని అనుమతిస్తుంది, కానీ అధిక ఆప్టికల్ నష్టాలు మరియు యూనిట్ పొడవుకు అధిక కెపాసిటెన్స్ యొక్క ప్రతికూలతను కలిగి ఉంటుంది. అదనంగా, SiGe (సిలికాన్ జెర్మేనియం మిశ్రమం) బ్యాండ్ అంచు కదలిక ఆధారంగా SiGe విద్యుత్ శోషణ మాడ్యులేటర్లు ఉన్నాయి. అదనంగా, గ్రహించే లోహాలు మరియు పారదర్శక అవాహకాల మధ్య మారడానికి గ్రాఫేన్‌పై ఆధారపడే గ్రాఫేన్ మాడ్యులేటర్‌లు ఉన్నాయి. ఇవి హై-స్పీడ్, తక్కువ-లాస్ ఆప్టికల్ సిగ్నల్ మాడ్యులేషన్‌ని సాధించడానికి వివిధ మెకానిజమ్‌ల అప్లికేషన్‌ల వైవిధ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి.

మూర్తి 10: (A) వివిధ సిలికాన్-ఆధారిత ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్ డిజైన్‌ల క్రాస్-సెక్షనల్ రేఖాచిత్రం మరియు (B) ఆప్టికల్ డిటెక్టర్ డిజైన్‌ల క్రాస్-సెక్షనల్ రేఖాచిత్రం.

అనేక సిలికాన్ ఆధారిత లైట్ డిటెక్టర్లు మూర్తి 10Bలో చూపబడ్డాయి. శోషక పదార్థం జెర్మేనియం (Ge). Ge దాదాపు 1.6 మైక్రాన్ల వరకు తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద కాంతిని గ్రహించగలదు. ఎడమవైపు చూపబడినది నేడు అత్యంత వాణిజ్యపరంగా విజయవంతమైన పిన్ నిర్మాణం. ఇది P-రకం డోప్డ్ సిలికాన్‌తో కూడి ఉంటుంది, దానిపై Ge పెరుగుతుంది. Ge మరియు Si 4% లాటిస్ అసమతుల్యతను కలిగి ఉన్నాయి మరియు తొలగుటను తగ్గించడానికి, SiGe యొక్క పలుచని పొరను ముందుగా బఫర్ లేయర్‌గా పెంచుతారు. జీ లేయర్ పైభాగంలో ఎన్-టైప్ డోపింగ్ నిర్వహిస్తారు. ఒక మెటల్-సెమీకండక్టర్-మెటల్ (MSM) ఫోటోడియోడ్ మధ్యలో చూపబడింది మరియు APD (హిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్) కుడివైపు చూపబడింది. APDలోని ఆకస్మిక ప్రాంతం Si లో ఉంది, ఇది గ్రూప్ III-V ఎలిమెంటల్ మెటీరియల్స్‌లోని హిమపాతం ప్రాంతంతో పోలిస్తే తక్కువ శబ్దం లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది.

ప్రస్తుతం, సిలికాన్ ఫోటోనిక్స్‌తో ఆప్టికల్ గెయిన్‌ని సమగ్రపరచడంలో స్పష్టమైన ప్రయోజనాలతో పరిష్కారాలు లేవు. మూర్తి 11 అసెంబ్లీ స్థాయి ద్వారా నిర్వహించబడే అనేక ఎంపికలను చూపుతుంది. ఎపిటాక్సియల్లీ గ్రోన్డ్ జెర్మేనియం (Ge)ని ఆప్టికల్ గెయిన్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించడం, ఎర్బియం-డోప్డ్ (Er) గ్లాస్ వేవ్‌గైడ్‌లు (ఆప్టికల్ పంపింగ్ అవసరమయ్యే Al2O3 వంటివి), మరియు ఎపిటాక్సియల్‌గా పెరిగిన గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) వంటి ఏకశిలా అనుసంధానాలు ఎడమవైపున ఉన్నాయి. ) క్వాంటం చుక్కలు. తర్వాతి కాలమ్ III-V గ్రూప్ గెయిన్ రీజియన్‌లో ఆక్సైడ్ మరియు ఆర్గానిక్ బాండింగ్‌తో కూడిన వేఫర్ టు వేఫర్ అసెంబ్లీ. తదుపరి కాలమ్ చిప్-టు-వేఫర్ అసెంబ్లీ, ఇందులో III-V గ్రూప్ చిప్‌ను సిలికాన్ పొర యొక్క కుహరంలోకి పొందుపరచడం మరియు వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణాన్ని మ్యాచింగ్ చేయడం వంటివి ఉంటాయి. ఈ మొదటి మూడు కాలమ్ విధానం యొక్క ప్రయోజనం ఏమిటంటే, పరికరం కత్తిరించే ముందు పొర లోపల పూర్తిగా పని చేయగలదు. కుడివైపున ఉన్న నిలువు వరుస చిప్-టు-చిప్ అసెంబ్లీ, ఇందులో సిలికాన్ చిప్‌లను III-V గ్రూప్ చిప్‌లకు నేరుగా కలపడం, అలాగే లెన్స్ మరియు గ్రేటింగ్ కప్లర్‌ల ద్వారా కలపడం. వాణిజ్య అనువర్తనాల వైపు ధోరణి మరింత సమగ్ర మరియు సమీకృత పరిష్కారాల వైపు చార్ట్ యొక్క కుడి నుండి ఎడమ వైపుకు కదులుతోంది.

మూర్తి 11: ఆప్టికల్ లాభం సిలికాన్-ఆధారిత ఫోటోనిక్స్‌లో ఎలా విలీనం చేయబడింది. మీరు ఎడమ నుండి కుడికి కదులుతున్నప్పుడు, తయారీ చొప్పించే స్థానం క్రమంగా ప్రక్రియలో వెనుకకు కదులుతుంది.