सिलिकॉन फोटॉनिक्स सक्रिय घटक

सिलिकॉन फोटॉनिक्स सक्रिय घटक

फोटॉनिक्स सक्रिय घटक विशेषत: प्रकाश आणि पदार्थांमधील हेतुपुरस्सर डिझाइन केलेले डायनॅमिक परस्परसंवाद संदर्भित करतात. फोटॉनिक्सचा एक विशिष्ट सक्रिय घटक एक ऑप्टिकल मॉड्युलेटर आहे. सर्व वर्तमान सिलिकॉन-आधारितऑप्टिकल मॉड्युलेटरप्लाझ्मा फ्री कॅरियर इफेक्टवर आधारित आहेत. डोपिंग, इलेक्ट्रिकल किंवा ऑप्टिकल पद्धतींद्वारे सिलिकॉन मटेरियलमध्ये विनामूल्य इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांची संख्या बदलणे हे त्याचे जटिल अपवर्तक निर्देशांक बदलू शकते, ही प्रक्रिया सोरेफ आणि बेनेटकडून 1550 नॅनोमीटरच्या तरंगलांबीवर फिटिंग डेटाद्वारे प्राप्त केलेली समीकरण (1,2). इलेक्ट्रॉनच्या तुलनेत, छिद्रांमुळे वास्तविक आणि काल्पनिक अपवर्तक निर्देशांकातील बदलांचे प्रमाण मोठे होते, म्हणजेच ते दिलेल्या तोटाच्या बदलासाठी मोठ्या टप्प्यात बदल घडवू शकतात, म्हणूनमाच-झेंडर मॉड्युलेटरआणि रिंग मॉड्युलेटर, सामान्यत: छिद्र वापरणे पसंत केले जातेफेज मॉड्युलेटर.

विविधसिलिकॉन (एसआय) मॉड्युलेटरआकृती 10 ए मध्ये प्रकार दर्शविले आहेत. कॅरियर इंजेक्शन मॉड्यूलेटरमध्ये, प्रकाश अगदी विस्तृत पिन जंक्शनमध्ये इंटिरिसिक सिलिकॉनमध्ये स्थित असतो आणि इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र इंजेक्शन दिले जातात. तथापि, असे मॉड्युलेटर हळू असतात, सामान्यत: 500 मेगाहर्ट्झच्या बँडविड्थसह, कारण इंजेक्शननंतर विनामूल्य इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र पुन्हा पुन्हा तयार होण्यास जास्त लागतात. म्हणूनच, ही रचना बर्‍याचदा मॉड्युलेटरऐवजी व्हेरिएबल ऑप्टिकल ten टेन्युएटर (व्हीओए) म्हणून वापरली जाते. वाहक कमी होण्याच्या मॉड्यूलेटरमध्ये, प्रकाश भाग अरुंद पीएन जंक्शनमध्ये स्थित आहे आणि पीएन जंक्शनची कमी होण्याची रुंदी लागू केलेल्या इलेक्ट्रिक फील्डद्वारे बदलली आहे. हे मॉड्युलेटर 50 जीबी/से पेक्षा जास्त वेगाने कार्य करू शकते, परंतु उच्च पार्श्वभूमी अंतर्भूत तोटा आहे. टिपिकल व्हीपीआयएल 2 व्ही-सीएम आहे. मेटल ऑक्साईड सेमीकंडक्टर (एमओएस) (प्रत्यक्षात सेमीकंडक्टर-ऑक्साईड-सेमिकंडक्टर) मॉड्यूलेटरमध्ये पीएन जंक्शनमध्ये पातळ ऑक्साईड थर असतो. हे काही वाहक संचय तसेच वाहक कमी होण्यास अनुमती देते, ज्यामुळे सुमारे 0.2 व्ही-सेमीचे लहान व्हीएल अनुमती देते, परंतु उच्च ऑप्टिकल नुकसान आणि प्रति युनिट लांबीचे उच्च कॅपेसिटन्सचे नुकसान आहे. याव्यतिरिक्त, सिजे (सिलिकॉन जर्मेनियम अ‍ॅलोय) बँड एज हालचालीवर आधारित सिगे इलेक्ट्रिकल शोषण मॉड्युलेटर आहेत. याव्यतिरिक्त, असे ग्राफीन मॉड्युलेटर आहेत जे शोषक धातू आणि पारदर्शक इन्सुलेटरमध्ये स्विच करण्यासाठी ग्राफीनवर अवलंबून असतात. हे हाय-स्पीड, कमी-तोटा ऑप्टिकल सिग्नल मॉड्यूलेशन साध्य करण्यासाठी भिन्न यंत्रणेच्या अनुप्रयोगांची विविधता दर्शविते.

आकृती 10: (अ) विविध सिलिकॉन-आधारित ऑप्टिकल मॉड्युलेटर डिझाइनचे क्रॉस-सेक्शनल डायग्राम आणि (बी) ऑप्टिकल डिटेक्टर डिझाइनचे क्रॉस-सेक्शनल डायग्राम.

अनेक सिलिकॉन-आधारित लाइट डिटेक्टर आकृती 10 बी मध्ये दर्शविले आहेत. शोषक सामग्री म्हणजे जर्मेनियम (जीई). जीई वेव्हलेन्थ्सवर सुमारे 1.6 मायक्रॉन पर्यंत प्रकाश शोषण्यास सक्षम आहे. डावीकडे दर्शविलेले आजची सर्वात व्यावसायिकदृष्ट्या यशस्वी पिन रचना आहे. हे पी-टाइप डोप्ड सिलिकॉनचे बनलेले आहे ज्यावर जीई वाढते. जीई आणि एसआयकडे 4% जाळीची जुळणी नसतात आणि विस्थापन कमी करण्यासाठी, सीजीईचा पातळ थर प्रथम बफर लेयर म्हणून पिकविला जातो. एन-टाइप डोपिंग जीई लेयरच्या शीर्षस्थानी केले जाते. एक मेटल-सेमिकंडक्टर-मेटल (एमएसएम) फोटोडिओड मध्यभागी दर्शविला जातो आणि एक एपीडी (हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर) उजवीकडे दर्शविले आहे. एपीडी मधील हिमस्खलन प्रदेश एसआयमध्ये आहे, ज्यात गट III-V मूलभूत सामग्रीमधील हिमस्खलन प्रदेशाच्या तुलनेत आवाजाची वैशिष्ट्ये कमी आहेत.

सध्या, सिलिकॉन फोटॉनिक्ससह ऑप्टिकल गेन एकत्रित करण्यात स्पष्ट फायद्यांसह कोणतेही निराकरण नाही. आकृती 11 असेंब्ली लेव्हलद्वारे आयोजित अनेक संभाव्य पर्याय दर्शविते. आतापर्यंत डावीकडे मोनोलिथिक एकत्रीकरण आहेत ज्यात एपिटॅक्सली पिक्ड जर्मेनियम (जीई) चा ऑप्टिकल गेन मटेरियल, एर्बियम-डोप्ड (ईआर) ग्लास वेव्हगुइड्स (जसे की अल 2 ओ 3, ज्यास ऑप्टिकल पंपिंग आवश्यक आहे) आणि एपिटॅक्सली पिकलेल्या गॅलियम आर्सेनाइड (जीएएएस) क्वांटम डॉट्सचा समावेश आहे. पुढील स्तंभ वेफर असेंब्लीचा आहे, त्यात आयआयआय-व्ही ग्रुप गेन प्रदेशात ऑक्साईड आणि सेंद्रिय बाँडिंगचा समावेश आहे. पुढील स्तंभ चिप-टू-वेफर असेंब्ली आहे, ज्यामध्ये सिलिकॉन वेफरच्या पोकळीमध्ये III-V ग्रुप चिप एम्बेड करणे आणि नंतर वेव्हगुइड स्ट्रक्चर मशीनिंग करणे समाविष्ट आहे. या पहिल्या तीन स्तंभ पध्दतीचा फायदा असा आहे की कटिंग करण्यापूर्वी डिव्हाइस वेफरच्या आत पूर्णपणे कार्यशील चाचणी केली जाऊ शकते. उजवीकडील स्तंभ चिप-टू-चिप असेंब्ली आहे, ज्यात सिलिकॉन चिप्सचे थेट जोडणी आयआयआय-व्ही ग्रुप चिप्स तसेच लेन्स आणि ग्रेटिंग कपलर्सद्वारे जोडणे समाविष्ट आहे. व्यावसायिक अनुप्रयोगांकडे जाणारा कल अधिक समाकलित आणि समाकलित समाधानाच्या दिशेने चार्टच्या डाव्या बाजूला उजवीकडून जात आहे.

आकृती 11: ऑप्टिकल गेन सिलिकॉन-आधारित फोटॉनिक्समध्ये कसे समाकलित केले जाते. आपण डावीकडून उजवीकडे जाताना, मॅन्युफॅक्चरिंग इन्सर्टेशन पॉईंट हळूहळू प्रक्रियेत परत जाते.