സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിന്, സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ (Si ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ)

സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സിനു വേണ്ടി, സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ

ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടറുകൾപ്രകാശ സിഗ്നലുകളെ വൈദ്യുത സിഗ്നലുകളാക്കി മാറ്റുന്നു, ഡാറ്റാ കൈമാറ്റ നിരക്കുകൾ മെച്ചപ്പെടുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഹൈ-സ്പീഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ അടുത്ത തലമുറ ഡാറ്റാ സെന്ററുകളുടെയും ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെയും താക്കോലായി മാറിയിരിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ജെർമേനിയത്തിൽ (Ge അല്ലെങ്കിൽ Si ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) ഊന്നൽ നൽകിക്കൊണ്ട്, നൂതന ഹൈ-സ്പീഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഒരു അവലോകനം ഈ ലേഖനം നൽകും.സിലിക്കൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾസംയോജിത ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കായി.

സിലിക്കൺ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളിൽ ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശം കണ്ടെത്തുന്നതിന് ജെർമേനിയം ആകർഷകമായ ഒരു വസ്തുവാണ്, കാരണം ഇത് CMOS പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിൽ വളരെ ശക്തമായ ആഗിരണം ഉണ്ട്. ഏറ്റവും സാധാരണമായ Ge/Si ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഘടന പിൻ ഡയോഡാണ്, അതിൽ ആന്തരിക ജെർമേനിയം പി-ടൈപ്പ്, എൻ-ടൈപ്പ് മേഖലകൾക്കിടയിൽ സാൻഡ്‌വിച്ച് ചെയ്തിരിക്കുന്നു.

ഉപകരണ ഘടന ചിത്രം 1 ഒരു സാധാരണ ലംബ പിൻ കാണിക്കുന്നു Ge അല്ലെങ്കിൽSi ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഘടന:

പ്രധാന സവിശേഷതകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: സിലിക്കൺ അടിവസ്ത്രത്തിൽ വളർത്തിയ ജെർമേനിയം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പാളി; ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ p, n കോൺടാക്റ്റുകൾ ശേഖരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു; കാര്യക്ഷമമായ പ്രകാശ ആഗിരണം ഉറപ്പാക്കാൻ വേവ്ഗൈഡ് കപ്ലിംഗ്.

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച: രണ്ട് വസ്തുക്കൾ തമ്മിലുള്ള ലാറ്റിസ് 4.2% പൊരുത്തക്കേട് കാരണം സിലിക്കണിൽ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ജെർമേനിയം വളർത്തുന്നത് വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്. സാധാരണയായി രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളുള്ള വളർച്ചാ പ്രക്രിയയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്: കുറഞ്ഞ താപനില (300-400°C) ബഫർ പാളി വളർച്ചയും ഉയർന്ന താപനില (600°C ന് മുകളിൽ) ജെർമേനിയം നിക്ഷേപവും. ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേടുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ നിയന്ത്രിക്കാൻ ഈ രീതി സഹായിക്കുന്നു. 800-900°C-ൽ പോസ്റ്റ്-ഗ്രോത്ത് അനീലിംഗ് ത്രെഡിംഗ് ഡിസ്ലോക്കേഷൻ സാന്ദ്രത ഏകദേശം 10^7 cm^-2 ആയി കുറയ്ക്കുന്നു. പ്രകടന സവിശേഷതകൾ: ഏറ്റവും നൂതനമായ Ge/Si PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ കൈവരിക്കാൻ കഴിയുന്നത്: പ്രതികരണശേഷി, > 0.8A /W at 1550 nm; ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്,>60 GHz; ഡാർക്ക് കറന്റ്, <1 μA at 1 V ബയസ്.

സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളുമായുള്ള സംയോജനം

സംയോജനംഅതിവേഗ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾസിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വിപുലമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്‌സീവറുകളും ഇന്റർകണക്‌ടുകളും സാധ്യമാക്കുന്നു. രണ്ട് പ്രധാന സംയോജന രീതികൾ ഇവയാണ്: ഫ്രണ്ട്-എൻഡ് ഇന്റഗ്രേഷൻ (FEOL), ഇവിടെ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറും ട്രാൻസിസ്റ്ററും ഒരേസമയം ഒരു സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നു, ഉയർന്ന താപനില പ്രോസസ്സിംഗിന് അനുവദിക്കുന്നു, പക്ഷേ ചിപ്പ് ഏരിയ എടുക്കുന്നു. ബാക്ക്-എൻഡ് ഇന്റഗ്രേഷൻ (BEOL). CMOS-ൽ ഇടപെടൽ ഒഴിവാക്കാൻ ലോഹത്തിന് മുകളിൽ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു, പക്ഷേ കുറഞ്ഞ പ്രോസസ്സിംഗ് താപനിലകളിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 2: ഒരു ഹൈ-സ്പീഡ് Ge/Si ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രതികരണശേഷിയും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും

ഡാറ്റാ സെന്റർ ആപ്ലിക്കേഷൻ

അടുത്ത തലമുറയിലെ ഡാറ്റാ സെന്റർ ഇന്റർകണക്ഷനിൽ ഹൈ-സ്പീഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ്. പ്രധാന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്‌സീവറുകൾ: PAM-4 മോഡുലേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന 100G, 400G, ഉയർന്ന നിരക്കുകൾ; Aഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ(>50 GHz) ആവശ്യമാണ്.

സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട്: മോഡുലേറ്ററും മറ്റ് ഘടകങ്ങളുമായി ഡിറ്റക്ടറിന്റെ മോണോലിത്തിക് സംയോജനം; ഒതുക്കമുള്ളതും ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ളതുമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ എഞ്ചിൻ.

ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ആർക്കിടെക്ചർ: ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, സംഭരണം, സംഭരണം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റർകണക്ഷൻ; ഊർജ്ജക്ഷമതയുള്ളതും ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉള്ളതുമായ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ആവശ്യകത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ഭാവി പ്രതീക്ഷകൾ

സംയോജിത ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഹൈ-സ്പീഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഭാവി ഇനിപ്പറയുന്ന പ്രവണതകൾ കാണിക്കും:

ഉയർന്ന ഡാറ്റ നിരക്കുകൾ: 800G, 1.6T ട്രാൻസ്‌സീവറുകളുടെ വികസനത്തിന് നേതൃത്വം നൽകുന്നു; 100 GHz-ൽ കൂടുതൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ ആവശ്യമാണ്.

മെച്ചപ്പെട്ട സംയോജനം: III-V മെറ്റീരിയലിന്റെയും സിലിക്കണിന്റെയും സിംഗിൾ ചിപ്പ് സംയോജനം; നൂതനമായ 3D സംയോജന സാങ്കേതികവിദ്യ.

പുതിയ വസ്തുക്കൾ: അൾട്രാ ഫാസ്റ്റ് ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ഷനായി ദ്വിമാന വസ്തുക്കൾ (ഗ്രാഫീൻ പോലുള്ളവ) പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു; വിപുലീകൃത തരംഗദൈർഘ്യ കവറേജിനായി ഒരു പുതിയ ഗ്രൂപ്പ് IV അലോയ്.

ഉയർന്നുവരുന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: ലിഡാറും മറ്റ് സെൻസിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളും എപിഡിയുടെ വികസനത്തിന് നേതൃത്വം നൽകുന്നു; ഉയർന്ന ലീനിയറിറ്റി ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ ആവശ്യമുള്ള മൈക്രോവേവ് ഫോട്ടോൺ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ.

സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിന്റെയും അടുത്ത തലമുറ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആശയവിനിമയങ്ങളുടെയും പ്രധാന ചാലകശക്തിയായി ഹൈ-സ്പീഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് Ge അല്ലെങ്കിൽ Si ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ മാറിയിരിക്കുന്നു. ഭാവിയിലെ ഡാറ്റാ സെന്ററുകളുടെയും ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെയും വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിന് മെറ്റീരിയലുകൾ, ഉപകരണ രൂപകൽപ്പന, സംയോജന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവയിലെ തുടർച്ചയായ പുരോഗതി പ്രധാനമാണ്. ഈ മേഖല വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുമ്പോൾ, ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, കുറഞ്ഞ ശബ്‌ദം, ഇലക്ട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് സർക്യൂട്ടുകളുമായുള്ള തടസ്സമില്ലാത്ത സംയോജനം എന്നിവയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ നമുക്ക് പ്രതീക്ഷിക്കാം.