सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी, सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर
फोटोडिटेक्टर्सप्रकाश सिग्नलचे विद्युत सिग्नलमध्ये रूपांतर करणे आणि डेटा ट्रान्सफर रेटमध्ये सुधारणा होत असताना, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह एकत्रित केलेले हाय-स्पीड फोटोडिटेक्टर पुढील पिढीतील डेटा सेंटर आणि टेलिकम्युनिकेशन नेटवर्कसाठी महत्त्वाचे बनले आहेत. हा लेख सिलिकॉन-आधारित जर्मेनियम (Ge किंवा Si फोटोडिटेक्टर) वर भर देऊन प्रगत हाय-स्पीड फोटोडिटेक्टरचा आढावा देईल.सिलिकॉन फोटोडिटेक्टरएकात्मिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञानासाठी.
सिलिकॉन प्लॅटफॉर्मवर जवळच्या इन्फ्रारेड प्रकाश शोधण्यासाठी जर्मेनियम हे एक आकर्षक साहित्य आहे कारण ते CMOS प्रक्रियांशी सुसंगत आहे आणि दूरसंचार तरंगलांबींवर अत्यंत मजबूत शोषण आहे. सर्वात सामान्य Ge/Si फोटोडिटेक्टर रचना म्हणजे पिन डायोड, ज्यामध्ये अंतर्गत जर्मेनियम P-प्रकार आणि N-प्रकार क्षेत्रांमध्ये सँडविच केलेले असते.
उपकरणाची रचना आकृती १ मध्ये एक सामान्य उभ्या पिन Ge किंवासी फोटोडिटेक्टररचना:
मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे: सिलिकॉन सब्सट्रेटवर वाढवलेला जर्मेनियम शोषक थर; चार्ज कॅरियर्सचे p आणि n संपर्क गोळा करण्यासाठी वापरले जाते; कार्यक्षम प्रकाश शोषणासाठी वेव्हगाइड कपलिंग.
एपिटॅक्सियल वाढ: सिलिकॉनवर उच्च दर्जाचे जर्मेनियम वाढवणे आव्हानात्मक आहे कारण दोन्ही पदार्थांमध्ये ४.२% जाळी जुळत नाही. सामान्यतः दोन-चरणांची वाढ प्रक्रिया वापरली जाते: कमी तापमान (३००-४००°C) बफर लेयर वाढ आणि उच्च तापमान (६००°C पेक्षा जास्त) जर्मेनियमचे निक्षेपण. ही पद्धत जाळी जुळत नसल्यामुळे होणारे थ्रेडिंग डिस्लोकेशन नियंत्रित करण्यास मदत करते. ८००-९००°C वर वाढीनंतरचे अॅनिलिंग थ्रेडिंग डिस्लोकेशन घनता सुमारे १०^७ सेमी^-२ पर्यंत कमी करते. कामगिरी वैशिष्ट्ये: सर्वात प्रगत Ge/Si PIN फोटोडिटेक्टर साध्य करू शकतो: प्रतिसाद, १५५० nm वर > ०.८A/W; बँडविड्थ,>६० GHz; गडद प्रवाह, -१ V बायसवर <१ μA.
सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह एकत्रीकरण
चे एकत्रीकरणहाय-स्पीड फोटोडिटेक्टरसिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मसह प्रगत ऑप्टिकल ट्रान्सीव्हर्स आणि इंटरकनेक्ट सक्षम करतात. दोन मुख्य एकत्रीकरण पद्धती खालीलप्रमाणे आहेत: फ्रंट-एंड एकत्रीकरण (FEOL), जिथे फोटोडिटेक्टर आणि ट्रान्झिस्टर एकाच वेळी सिलिकॉन सब्सट्रेटवर तयार केले जातात जे उच्च-तापमान प्रक्रिया करण्यास परवानगी देतात, परंतु चिप क्षेत्र घेतात. बॅक-एंड एकत्रीकरण (BEOL). CMOS मध्ये हस्तक्षेप टाळण्यासाठी फोटोडिटेक्टर धातूच्या वर तयार केले जातात, परंतु कमी प्रक्रिया तापमानापर्यंत मर्यादित आहेत.
आकृती २: हाय-स्पीड Ge/Si फोटोडिटेक्टरची प्रतिसादक्षमता आणि बँडविड्थ
डेटा सेंटर अॅप्लिकेशन
डेटा सेंटर इंटरकनेक्शनच्या पुढील पिढीमध्ये हाय-स्पीड फोटोडिटेक्टर हे एक प्रमुख घटक आहेत. मुख्य अनुप्रयोगांमध्ये हे समाविष्ट आहे: ऑप्टिकल ट्रान्सीव्हर्स: 100G, 400G आणि उच्च दर, PAM-4 मॉड्युलेशन वापरून; Aउच्च बँडविड्थ फोटोडिटेक्टर(>५० GHz) आवश्यक आहे.
सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक इंटिग्रेटेड सर्किट: मॉड्युलेटर आणि इतर घटकांसह डिटेक्टरचे मोनोलिथिक इंटिग्रेशन; एक कॉम्पॅक्ट, उच्च-कार्यक्षमता ऑप्टिकल इंजिन.
वितरित आर्किटेक्चर: वितरित संगणन, स्टोरेज आणि स्टोरेजमधील ऑप्टिकल इंटरकनेक्शन; ऊर्जा-कार्यक्षम, उच्च-बँडविड्थ फोटोडिटेक्टरची मागणी वाढवणे.
भविष्यातील दृष्टीकोन
एकात्मिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक हाय-स्पीड फोटोडिटेक्टरचे भविष्य खालील ट्रेंड दर्शवेल:
उच्च डेटा दर: 800G आणि 1.6T ट्रान्सीव्हर्सच्या विकासाला चालना; 100 GHz पेक्षा जास्त बँडविड्थ असलेले फोटोडिटेक्टर आवश्यक आहेत.
सुधारित एकत्रीकरण: III-V मटेरियल आणि सिलिकॉनचे सिंगल चिप एकत्रीकरण; प्रगत 3D एकत्रीकरण तंत्रज्ञान.
नवीन साहित्य: अतिजलद प्रकाश शोधण्यासाठी द्विमितीय पदार्थ (जसे की ग्राफीन) एक्सप्लोर करणे; विस्तारित तरंगलांबी कव्हरेजसाठी एक नवीन गट IV मिश्रधातू.
उदयोन्मुख अनुप्रयोग: LiDAR आणि इतर सेन्सिंग अनुप्रयोग APD च्या विकासाला चालना देत आहेत; मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोग ज्यांना उच्च रेषीयता फोटोडिटेक्टरची आवश्यकता असते.
हाय-स्पीड फोटोडिटेक्टर, विशेषतः जीई किंवा सी फोटोडिटेक्टर, सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि पुढच्या पिढीतील ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्सचे प्रमुख चालक बनले आहेत. भविष्यातील डेटा सेंटर्स आणि टेलिकम्युनिकेशन नेटवर्क्सच्या वाढत्या बँडविड्थ मागण्या पूर्ण करण्यासाठी मटेरियल, डिव्हाइस डिझाइन आणि इंटिग्रेशन तंत्रज्ञानातील सतत प्रगती महत्त्वाची आहे. हे क्षेत्र जसजसे विकसित होत राहील तसतसे आपण उच्च बँडविड्थ, कमी आवाज आणि इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक सर्किट्ससह अखंड एकात्मता असलेले फोटोडिटेक्टर पाहण्याची अपेक्षा करू शकतो.
पोस्ट वेळ: जानेवारी-२०-२०२५