സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സ് സജീവ ഘടകം

സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സ് സജീവ ഘടകം

പ്രകാശവും ദ്രവ്യവും തമ്മിലുള്ള മനഃപൂർവ്വം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ചലനാത്മക ഇടപെടലുകളെയാണ് ഫോട്ടോണിക്സ് സജീവ ഘടകങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ഫോട്ടോണിക്സിൻ്റെ ഒരു സാധാരണ സജീവ ഘടകം ഒരു ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്ററാണ്. നിലവിലുള്ള എല്ലാം സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്ററുകൾപ്ലാസ്മ ഫ്രീ കാരിയർ ഇഫക്റ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ഡോപ്പിംഗ്, ഇലക്ട്രിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ രീതികൾ വഴി ഒരു സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയലിലെ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും എണ്ണം മാറ്റുന്നത് അതിൻ്റെ സങ്കീർണ്ണമായ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക മാറ്റാൻ കഴിയും, ഈ പ്രക്രിയ സമവാക്യങ്ങളിൽ കാണിക്കുന്നു (1,2) സോറഫിൽ നിന്നും ബെന്നറ്റിൽ നിന്നും 1550 നാനോമീറ്റർ തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ ഡാറ്റ ഘടിപ്പിച്ചത്. . ഇലക്ട്രോണുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ദ്വാരങ്ങൾ യഥാർത്ഥവും സാങ്കൽപ്പികവുമായ റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്‌സ് മാറ്റങ്ങളുടെ വലിയൊരു അനുപാതത്തിന് കാരണമാകുന്നു, അതായത്, ഒരു നിശ്ചിത നഷ്‌ട മാറ്റത്തിന് അവയ്ക്ക് വലിയ ഘട്ട മാറ്റം സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും.Mach-Zehnder മോഡുലേറ്ററുകൾകൂടാതെ റിംഗ് മോഡുലേറ്ററുകളും, സാധാരണയായി നിർമ്മിക്കാൻ ദ്വാരങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതാണ് നല്ലത്ഘട്ടം മോഡുലേറ്ററുകൾ.

വിവിധസിലിക്കൺ (Si) മോഡുലേറ്റർതരങ്ങൾ ചിത്രം 10A-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു കാരിയർ ഇഞ്ചക്ഷൻ മോഡുലേറ്ററിൽ, വളരെ വിശാലമായ പിൻ ജംഗ്ഷനിൽ ആന്തരിക സിലിക്കണിലാണ് പ്രകാശം സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്, ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും കുത്തിവയ്ക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, അത്തരം മോഡുലേറ്ററുകൾ സാവധാനത്തിലാണ്, സാധാരണയായി 500 മെഗാഹെർട്സ് ബാൻഡ്വിഡ്ത്ത്, കാരണം സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും കുത്തിവയ്പ്പിന് ശേഷം വീണ്ടും സംയോജിപ്പിക്കാൻ കൂടുതൽ സമയമെടുക്കും. അതിനാൽ, ഈ ഘടന പലപ്പോഴും ഒരു മോഡുലേറ്റർ എന്നതിലുപരി ഒരു വേരിയബിൾ ഒപ്റ്റിക്കൽ അറ്റൻവേറ്റർ (VOA) ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു കാരിയർ ഡിപ്ലിഷൻ മോഡുലേറ്ററിൽ, ലൈറ്റ് ഭാഗം ഒരു ഇടുങ്ങിയ pn ജംഗ്ഷനിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്, കൂടാതെ pn ജംഗ്ഷൻ്റെ ഡിപ്ലെഷൻ വീതി ഒരു പ്രയോഗിച്ച വൈദ്യുത മണ്ഡലം വഴി മാറ്റുന്നു. ഈ മോഡുലേറ്ററിന് 50Gb/s-ൽ കൂടുതലുള്ള വേഗതയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും, എന്നാൽ ഉയർന്ന പശ്ചാത്തല ഉൾപ്പെടുത്തൽ നഷ്ടമുണ്ട്. സാധാരണ vpil 2 V-cm ആണ്. ഒരു ലോഹ ഓക്സൈഡ് അർദ്ധചാലക (MOS) (യഥാർത്ഥത്തിൽ അർദ്ധചാലക-ഓക്സൈഡ്-അർദ്ധചാലക) മോഡുലേറ്ററിൽ ഒരു pn ജംഗ്ഷനിൽ ഒരു നേർത്ത ഓക്സൈഡ് പാളി അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇത് ചില കാരിയർ ശേഖരണത്തെയും കാരിയർ ശോഷണത്തെയും അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് ഏകദേശം 0.2 V-cm ൻ്റെ ഒരു ചെറിയ VπL അനുവദിക്കുന്നു, എന്നാൽ ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ നഷ്ടവും ഒരു യൂണിറ്റ് ദൈർഘ്യത്തിന് ഉയർന്ന കപ്പാസിറ്റൻസും ഉള്ള പോരായ്മയുണ്ട്. കൂടാതെ, SiGe (സിലിക്കൺ ജെർമനിയം അലോയ്) ബാൻഡ് എഡ്ജ് ചലനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള SiGe ഇലക്ട്രിക്കൽ അബ്സോർപ്ഷൻ മോഡുലേറ്ററുകൾ ഉണ്ട്. കൂടാതെ, ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ലോഹങ്ങളും സുതാര്യമായ ഇൻസുലേറ്ററുകളും തമ്മിൽ മാറാൻ ഗ്രാഫീനെ ആശ്രയിക്കുന്ന ഗ്രാഫീൻ മോഡുലേറ്ററുകളുണ്ട്. ഉയർന്ന വേഗതയും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവുമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ മോഡുലേഷൻ നേടുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത മെക്കാനിസങ്ങളുടെ ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ വൈവിധ്യം ഇവ പ്രകടമാക്കുന്നു.

ചിത്രം 10: (എ) വിവിധ സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർ ഡിസൈനുകളുടെ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഡയഗ്രം, (ബി) ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡിറ്റക്ടർ ഡിസൈനുകളുടെ ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഡയഗ്രം.

നിരവധി സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ടറുകൾ ചിത്രം 10B-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തു ജെർമേനിയം (Ge) ആണ്. ഏകദേശം 1.6 മൈക്രോൺ വരെ തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാൻ Ge ന് കഴിയും. ഇന്ന് ഏറ്റവും വാണിജ്യപരമായി വിജയിച്ച പിൻ ഘടനയാണ് ഇടതുവശത്ത് കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്. ജി വളരുന്ന പി-ടൈപ്പ് ഡോപ്പ് ചെയ്ത സിലിക്കണാണ് ഇത് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. Ge, Si എന്നിവയ്ക്ക് 4% ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേടുണ്ട്, സ്ഥാനഭ്രംശം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, SiGe യുടെ നേർത്ത പാളി ആദ്യം ഒരു ബഫർ പാളിയായി വളർത്തുന്നു. ജി ലെയറിന് മുകളിൽ എൻ-ടൈപ്പ് ഡോപ്പിംഗ് നടത്തുന്നു. ഒരു ലോഹ-അർദ്ധചാലക-ലോഹ (MSM) ഫോട്ടോഡയോഡ് മധ്യത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഒരു APD (ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) വലതുവശത്ത് കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഗ്രൂപ്പ് III-V എലമെൻ്റൽ മെറ്റീരിയലുകളിലെ ഹിമപാത മേഖലയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ കുറഞ്ഞ ശബ്ദ സ്വഭാവമുള്ള Si യിലാണ് APD-യിലെ അവലാഞ്ച് മേഖല സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്.

നിലവിൽ, സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സുമായി ഒപ്റ്റിക്കൽ നേട്ടം സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിൽ വ്യക്തമായ ഗുണങ്ങളുള്ള പരിഹാരങ്ങളൊന്നുമില്ല. അസംബ്ലി ലെവൽ സംഘടിപ്പിച്ച സാധ്യമായ നിരവധി ഓപ്ഷനുകൾ ചിത്രം 11 കാണിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗെയിൻ മെറ്റീരിയലായി എപിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രൗണ്ട് ജെർമേനിയം (Ge) ഉപയോഗിക്കുന്നത്, എർബിയം-ഡോപ്പഡ് (Er) ഗ്ലാസ് വേവ്ഗൈഡുകൾ (ഒപ്റ്റിക്കൽ പമ്പിംഗ് ആവശ്യമുള്ള Al2O3 പോലുള്ളവ), എപ്പിറ്റാക്സിയലി വളർന്ന ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് (GaAs) എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്ന മോണോലിത്തിക്ക് ഇൻ്റഗ്രേഷനുകൾ ഇടതുവശത്താണ്. ) ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ. III-V ഗ്രൂപ്പ് ഗെയിൻ മേഖലയിൽ ഓക്സൈഡും ഓർഗാനിക് ബോണ്ടിംഗും ഉൾപ്പെടുന്ന വേഫർ ടു വേഫർ അസംബ്ലിയാണ് അടുത്ത നിര. അടുത്ത നിര ചിപ്പ്-ടു-വേഫർ അസംബ്ലിയാണ്, അതിൽ സിലിക്കൺ വേഫറിൻ്റെ അറയിൽ III-V ഗ്രൂപ്പ് ചിപ്പ് ഉൾച്ചേർക്കുകയും തുടർന്ന് വേവ്ഗൈഡ് ഘടന മെഷീൻ ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ആദ്യത്തെ മൂന്ന് കോളം സമീപനത്തിൻ്റെ പ്രയോജനം, ഉപകരണം മുറിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് വേഫറിനുള്ളിൽ പൂർണ്ണമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും എന്നതാണ്. ഏറ്റവും വലത് കോളം ചിപ്പ്-ടു-ചിപ്പ് അസംബ്ലിയാണ്, അതിൽ സിലിക്കൺ ചിപ്പുകളെ III-V ഗ്രൂപ്പ് ചിപ്പുകളിലേക്ക് നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതും ലെൻസും ഗ്രേറ്റിംഗ് കപ്ലറുകളും വഴിയും ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതും ഉൾപ്പെടുന്നു. വാണിജ്യ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലേക്കുള്ള പ്രവണത കൂടുതൽ സംയോജിതവും സംയോജിതവുമായ പരിഹാരങ്ങളിലേക്ക് ചാർട്ടിൻ്റെ വലത്തുനിന്ന് ഇടത്തോട്ട് നീങ്ങുന്നു.

ചിത്രം 11: സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോണിക്സിലേക്ക് ഒപ്റ്റിക്കൽ നേട്ടം എങ്ങനെ സംയോജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. നിങ്ങൾ ഇടത്തുനിന്ന് വലത്തോട്ട് നീങ്ങുമ്പോൾ, നിർമ്മാണ ഉൾപ്പെടുത്തൽ പോയിൻ്റ് പ്രക്രിയയിൽ ക്രമേണ പിന്നോട്ട് നീങ്ങുന്നു.