फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट (पीआयसी) मटेरियल सिस्टम

फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट (पीआयसी) मटेरियल सिस्टम

सिलिकॉन फोटोनिक्स ही एक शिस्त आहे जी सिलिकॉन सामग्रीवर आधारित प्लॅनर स्ट्रक्चर्सचा वापर करून विविध कार्ये साध्य करण्यासाठी प्रकाश निर्देशित करते. आम्ही येथे फायबर ऑप्टिक संप्रेषणासाठी ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर्स तयार करण्यासाठी सिलिकॉन फोटोनिक्सच्या वापरावर लक्ष केंद्रित करतो. दिलेल्या बँडविड्थवर अधिक ट्रान्समिशन जोडण्याची गरज, दिलेला फूटप्रिंट आणि दिलेली किंमत वाढते, सिलिकॉन फोटोनिक्स अधिक आर्थिकदृष्ट्या योग्य बनतात. ऑप्टिकल भागासाठी,फोटोनिक एकत्रीकरण तंत्रज्ञानवापरणे आवश्यक आहे, आणि आज सर्वात सुसंगत ट्रान्सीव्हर्स स्वतंत्र LiNbO3/ प्लॅनर लाइट-वेव्ह सर्किट (PLC) मॉड्युलेटर आणि InP/PLC रिसीव्हर्स वापरून तयार केले जातात.

आकृती 1: सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट (PIC) मटेरियल सिस्टीम दाखवते.

आकृती 1 सर्वात लोकप्रिय PIC सामग्री प्रणाली दर्शविते. डावीकडून उजवीकडे सिलिकॉन-आधारित सिलिका PIC (पीएलसी म्हणूनही ओळखले जाते), सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर PIC (सिलिकॉन फोटोनिक्स), लिथियम निओबेट (LiNbO3), आणि III-V गट PIC, जसे की InP आणि GaAs. हा पेपर सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक्सवर केंद्रित आहे. मध्येसिलिकॉन फोटोनिक्स, प्रकाश सिग्नल मुख्यतः सिलिकॉनमध्ये प्रवास करतो, ज्यामध्ये 1.12 इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (1.1 मायक्रॉनच्या तरंगलांबीसह) अप्रत्यक्ष बँड अंतर असते. सिलिकॉन हे भट्टीमध्ये शुद्ध क्रिस्टल्सच्या स्वरूपात उगवले जाते आणि नंतर वेफर्समध्ये कापले जाते, ज्याचा आज साधारणपणे 300 मिमी व्यासाचा आहे. सिलिका थर तयार करण्यासाठी वेफरच्या पृष्ठभागाचे ऑक्सिडीकरण केले जाते. एका वेफर्सवर हायड्रोजन अणूंचा भडिमार एका विशिष्ट खोलीपर्यंत केला जातो. दोन वेफर्स नंतर व्हॅक्यूममध्ये एकत्र केले जातात आणि त्यांचे ऑक्साईड थर एकमेकांना जोडतात. हायड्रोजन आयन इम्प्लांटेशन लाईनसह असेंबली खंडित होते. क्रॅकवरील सिलिकॉनचा थर नंतर पॉलिश केला जातो, शेवटी सिलिकॉन लेयरच्या वर अखंड सिलिकॉन “हँडल” वेफरच्या वर क्रिस्टलीय Si चा पातळ थर सोडला जातो. या पातळ स्फटिकाच्या थरापासून वेव्हगाइड्स तयार होतात. जरी हे सिलिकॉन-आधारित इन्सुलेटर (SOI) वेफर्स कमी-तोटा सिलिकॉन फोटोनिक्स वेव्हगाइड्स शक्य करतात, ते कमी-पॉवर CMOS सर्किट्समध्ये अधिक सामान्यपणे वापरले जातात कारण ते प्रदान करतात कमी गळती प्रवाह.

आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेव्हगाइड्सचे अनेक संभाव्य प्रकार आहेत. ते मायक्रोस्केल जर्मेनियम-डोपेड सिलिका वेव्हगाइड्सपासून नॅनोस्केल सिलिकॉन वायर वेव्हगाइड्सपर्यंत आहेत. जर्मेनियम मिश्रित करून, ते तयार करणे शक्य आहेफोटोडिटेक्टरआणि विद्युत शोषणमॉड्युलेटर, आणि शक्यतो अगदी ऑप्टिकल ॲम्प्लीफायर देखील. सिलिकॉन डोपिंग करून, एऑप्टिकल मॉड्युलेटरकेले जाऊ शकते. डावीकडून उजवीकडे तळाशी आहेत: सिलिकॉन वायर वेव्हगाइड, सिलिकॉन नायट्राइड वेव्हगाइड, सिलिकॉन ऑक्सीनाइट्राइड वेव्हगाइड, जाड सिलिकॉन रिज वेव्हगाइड, पातळ सिलिकॉन नायट्राइड वेव्हगाइड आणि डोप केलेले सिलिकॉन वेव्हगाइड. शीर्षस्थानी, डावीकडून उजवीकडे, डिप्लेशन मॉड्युलेटर, जर्मेनियम फोटोडिटेक्टर आणि जर्मेनियम आहेतऑप्टिकल ॲम्प्लीफायर्स.

आकृती 2: सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल वेव्हगाइड मालिकेचा क्रॉस-सेक्शन, विशिष्ट प्रसार नुकसान आणि अपवर्तक निर्देशांक दर्शवित आहे.