सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी, सिलिकॉन फोटोडेटेक्टर (एसआय फोटोडेटेक्टर)

सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी, सिलिकॉन फोटोडेटेक्टर

फोटोडेटेक्टरप्रकाश सिग्नलला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करा आणि डेटा हस्तांतरण दर सुधारत असताना, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह समाकलित केलेले हाय-स्पीड फोटोडेटेक्टर पुढील पिढीतील डेटा सेंटर आणि टेलिकम्युनिकेशन नेटवर्कची गुरुकिल्ली बनले आहेत. हा लेख सिलिकॉन आधारित जर्मेनियम (जीई किंवा एसआय फोटोडेटेक्टर) वर जोर देऊन प्रगत हाय-स्पीड फोटोडेटेक्टर्सचे विहंगावलोकन प्रदान करेल.सिलिकॉन फोटोडेटेक्टरएकात्मिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञानासाठी.

सिलिकॉन प्लॅटफॉर्मवर जवळच्या इन्फ्रारेड लाइट डिटेक्शनसाठी जर्मेनियम ही एक आकर्षक सामग्री आहे कारण ती सीएमओएस प्रक्रियेशी सुसंगत आहे आणि दूरसंचार तरंगलांबींमध्ये अत्यंत मजबूत शोषण आहे. सर्वात सामान्य जीई/सी फोटोडेटेक्टर रचना पिन डायोड आहे, ज्यामध्ये आंतरिक जर्मनियम पी-प्रकार आणि एन-प्रकार क्षेत्रांमधील सँडविच आहे.

डिव्हाइस स्ट्रक्चर आकृती 1 एक विशिष्ट अनुलंब पिन जीई किंवा दर्शवितेसी फोटोडेटेक्टररचना:

मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे: सिलिकॉन सब्सट्रेटवर पिकलेले जर्मेनियम शोषक थर; शुल्क वाहकांचे पी आणि एन संपर्क गोळा करण्यासाठी वापरले जाते; कार्यक्षम प्रकाश शोषणासाठी वेव्हगुइड कपलिंग.

एपिटॅक्सियल ग्रोथ: सिलिकॉनवर उच्च दर्जाचे जर्मेनियम वाढणे आव्हानात्मक आहे कारण दोन सामग्रीमधील 2.२% जाळीशी जुळत नाही. दोन-चरण वाढीची प्रक्रिया सहसा वापरली जाते: कमी तापमान (300-400 डिग्री सेल्सियस) बफर लेयरची वाढ आणि उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त) जर्मेनियमचे जमा. ही पद्धत जाळीच्या न जुळण्यामुळे थ्रेडिंग डिस्लोकेशन नियंत्रित करण्यास मदत करते. 800-900 डिग्री सेल्सिअस तापमानानंतरच्या वाढीव एनिलिंगने थ्रेडिंग डिसलोकेशन घनता सुमारे 10^7 सेमी^-2 पर्यंत कमी केली. कामगिरीची वैशिष्ट्ये: सर्वात प्रगत जीई /एसआय पिन फोटोडेटेक्टर साध्य करू शकतात: प्रतिसाद,> 0.8 ए /डब्ल्यू 1550 एनएम वर; बँडविड्थ,> 60 जीएचझेड; गडद करंट, <1 μA वर -1 व्ही बायस.

सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह एकत्रीकरण

चे एकत्रीकरणहाय-स्पीड फोटोडेटेक्टरसिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह प्रगत ऑप्टिकल ट्रान्ससीव्हर्स आणि इंटरकनेक्ट्स सक्षम करते. दोन मुख्य एकत्रीकरण पद्धती खालीलप्रमाणे आहेतः फ्रंट-एंड इंटिग्रेशन (एफईओएल), जेथे फोटोडेटेक्टर आणि ट्रान्झिस्टर एकाच वेळी सिलिकॉन सब्सट्रेटवर तयार केले जातात ज्यामुळे उच्च-तापमान प्रक्रियेस अनुमती दिली जाते, परंतु चिप क्षेत्र घेणे. बॅक-एंड एकत्रीकरण (बीओएल). सीएमओएसमध्ये हस्तक्षेप टाळण्यासाठी फोटोडेटेक्टर धातूच्या वर तयार केले जातात, परंतु कमी प्रक्रिया तापमानापुरते मर्यादित आहेत.

आकृती 2: हाय-स्पीड जीई/सी फोटोडेटेक्टरची प्रतिसाद आणि बँडविड्थ

डेटा सेंटर अनुप्रयोग

डेटा सेंटर इंटरकनेक्शनच्या पुढील पिढीतील हाय-स्पीड फोटोडेटेक्टर हा एक मुख्य घटक आहे. मुख्य अनुप्रयोगांमध्ये हे समाविष्ट आहे: ऑप्टिकल ट्रान्ससीव्हर्स: पीएएम -4 मॉड्यूलेशन वापरुन 100 ग्रॅम, 400 ग्रॅम आणि उच्च दर; अउच्च बँडविड्थ फोटोडेटेक्टर(> 50 गीगाहर्ट्झ) आवश्यक आहे.

सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक इंटिग्रेटेड सर्किट: मॉड्युलेटर आणि इतर घटकांसह डिटेक्टरचे मोनोलिथिक एकत्रीकरण; कॉम्पॅक्ट, उच्च-कार्यक्षमता ऑप्टिकल इंजिन.

वितरित आर्किटेक्चर: वितरित संगणन, स्टोरेज आणि स्टोरेज दरम्यान ऑप्टिकल इंटरकनेक्शन; ऊर्जा-कार्यक्षम, उच्च-बँडविड्थ फोटोडेटेक्टर्सची मागणी चालविणे.

भविष्यातील दृष्टीकोन

इंटिग्रेटेड ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक हाय-स्पीड फोटोडेक्टरचे भविष्य खालील ट्रेंड दर्शवेल:

उच्च डेटा दर: 800 ग्रॅम आणि 1.6 टी ट्रान्ससीव्हर्सचा विकास चालविणे; 100 जीएचझेडपेक्षा जास्त बँडविड्थसह फोटोडेटेक्टर्स आवश्यक आहेत.

सुधारित एकत्रीकरण: आयआयआय-व्ही मटेरियल आणि सिलिकॉनचे एकल चिप एकत्रीकरण; प्रगत 3 डी एकत्रीकरण तंत्रज्ञान.

नवीन साहित्य: अल्ट्राफास्ट लाइट शोधण्यासाठी द्विमितीय सामग्री (जसे की ग्राफीन) एक्सप्लोर करणे; विस्तारित तरंगलांबी कव्हरेजसाठी एक नवीन गट IV मिश्र धातु.

उदयोन्मुख अनुप्रयोग: लिडर आणि इतर सेन्सिंग अनुप्रयोग एपीडीचा विकास चालवित आहेत; मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोगांना उच्च रेषात्मकता फोटोडेटेक्टर आवश्यक आहेत.

हाय-स्पीड फोटोडेटेक्टर, विशेषत: जीई किंवा सी फोटोडेटेक्टर्स, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि पुढच्या पिढीतील ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्सचा मुख्य ड्रायव्हर बनला आहे. भविष्यातील डेटा सेंटर आणि दूरसंचार नेटवर्कच्या वाढत्या बँडविड्थच्या मागणी पूर्ण करण्यासाठी सामग्री, डिव्हाइस डिझाइन आणि एकत्रीकरण तंत्रज्ञानामध्ये सतत प्रगती करणे महत्वाचे आहे. जसजसे फील्ड विकसित होत जाईल तसतसे आम्ही उच्च बँडविड्थ, कमी आवाज आणि इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटॉनिक सर्किट्ससह अखंड एकत्रीकरणासह फोटोडेटेक्टर्स पाहण्याची अपेक्षा करू शकतो.