सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको लागि, सिलिकन फोटोडिटेक्टरहरू
फोटो डिटेक्टरहरूप्रकाश संकेतहरूलाई विद्युतीय संकेतहरूमा रूपान्तरण गर्नुहोस्, र डेटा स्थानान्तरण दरहरू सुधार हुँदै जाँदा, सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स प्लेटफर्महरूसँग एकीकृत उच्च-गति फोटोडिटेक्टरहरू अर्को पुस्ताको डेटा केन्द्रहरू र दूरसञ्चार नेटवर्कहरूको लागि महत्वपूर्ण बनेका छन्। यस लेखले सिलिकन-आधारित जर्मेनियम (Ge वा Si फोटोडिटेक्टर) मा जोड दिँदै उन्नत उच्च-गति फोटोडिटेक्टरहरूको सिंहावलोकन प्रदान गर्नेछ।सिलिकन फोटोडिटेक्टरहरूएकीकृत अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स प्रविधिको लागि।
सिलिकन प्लेटफर्महरूमा नजिकको इन्फ्रारेड प्रकाश पत्ता लगाउनको लागि जर्मेनियम एक आकर्षक सामग्री हो किनभने यो CMOS प्रक्रियाहरूसँग उपयुक्त छ र दूरसञ्चार तरंगदैर्ध्यमा अत्यन्तै बलियो अवशोषण छ। सबैभन्दा सामान्य Ge/Si फोटोडिटेक्टर संरचना पिन डायोड हो, जसमा आन्तरिक जर्मेनियम P-प्रकार र N-प्रकार क्षेत्रहरू बीच स्यान्डविच गरिएको हुन्छ।
उपकरण संरचना चित्र १ ले एक विशिष्ट ठाडो पिन Ge वा देखाउँछSi फोटोडिटेक्टरसंरचना:
मुख्य विशेषताहरू समावेश छन्: सिलिकन सब्सट्रेटमा उब्जाइएको जर्मेनियम अवशोषित तह; चार्ज वाहकहरूको p र n सम्पर्कहरू सङ्कलन गर्न प्रयोग गरिन्छ; कुशल प्रकाश अवशोषणको लागि वेभगाइड युग्मन।
एपिटेक्सियल वृद्धि: दुई सामग्रीहरू बीच ४.२% जाली बेमेलको कारणले गर्दा सिलिकनमा उच्च गुणस्तरको जर्मेनियम उब्जाउनु चुनौतीपूर्ण छ। दुई-चरण वृद्धि प्रक्रिया सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ: कम तापक्रम (३००-४००° सेल्सियस) बफर तह वृद्धि र उच्च तापक्रम (६००° सेल्सियस माथि) जर्मेनियमको निक्षेपण। यो विधिले जाली बेमेलको कारणले हुने थ्रेडिङ विस्थापनलाई नियन्त्रण गर्न मद्दत गर्दछ। ८००-९००° सेल्सियसमा पोस्ट-ग्रोथ एनिलिङले थ्रेडिङ विस्थापन घनत्वलाई लगभग १०^७ सेमी^-२ मा घटाउँछ। प्रदर्शन विशेषताहरू: सबैभन्दा उन्नत Ge/Si PIN फोटोडिटेक्टरले प्राप्त गर्न सक्छ: प्रतिक्रियाशीलता, १५५० nm मा > ०.८A /W; ब्यान्डविथ,>६० GHz; गाढा प्रवाह, -१ V पूर्वाग्रहमा <१ μA।
सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स प्लेटफर्महरूसँग एकीकरण
को एकीकरणउच्च गतिको फोटोडिटेक्टरहरूसिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स प्लेटफर्महरूले उन्नत अप्टिकल ट्रान्सीभरहरू र इन्टरकनेक्टहरू सक्षम बनाउँछन्। दुई मुख्य एकीकरण विधिहरू निम्नानुसार छन्: फ्रन्ट-एन्ड एकीकरण (FEOL), जहाँ फोटोडिटेक्टर र ट्रान्जिस्टर एकैसाथ सिलिकन सब्सट्रेटमा उच्च-तापमान प्रशोधनको लागि अनुमति दिँदै निर्माण गरिन्छ, तर चिप क्षेत्र लिन्छ। ब्याक-एन्ड एकीकरण (BEOL)। CMOS सँग हस्तक्षेपबाट बच्नको लागि फोटोडिटेक्टरहरू धातुको माथि निर्माण गरिन्छ, तर कम प्रशोधन तापमानमा सीमित छन्।
चित्र २: उच्च-गतिको Ge/Si फोटोडिटेक्टरको प्रतिक्रियाशीलता र ब्यान्डविथ
डाटा सेन्टर आवेदन
उच्च-गतिको फोटोडिटेक्टरहरू डाटा सेन्टर इन्टरकनेक्सनको अर्को पुस्ताको प्रमुख घटक हुन्। मुख्य अनुप्रयोगहरूमा समावेश छन्: अप्टिकल ट्रान्सीभरहरू: १००G, ४००G र उच्च दरहरू, PAM-४ मोड्युलेसन प्रयोग गरेर; Aउच्च ब्यान्डविथ फोटोडिटेक्टर(>५० GHz) आवश्यक छ।
सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक एकीकृत सर्किट: मोड्युलेटर र अन्य घटकहरूसँग डिटेक्टरको मोनोलिथिक एकीकरण; एक कम्प्याक्ट, उच्च-प्रदर्शन अप्टिकल इन्जिन।
वितरित वास्तुकला: वितरित कम्प्युटिङ, भण्डारण, र भण्डारण बीच अप्टिकल अन्तरसम्बन्ध; ऊर्जा-कुशल, उच्च-ब्यान्डविथ फोटोडिटेक्टरहरूको मागलाई बढावा दिँदै।
भविष्यको दृष्टिकोण
एकीकृत अप्टोइलेक्ट्रोनिक हाई-स्पीड फोटोडिटेक्टरहरूको भविष्यले निम्न प्रवृत्तिहरू देखाउनेछ:
उच्च डेटा दरहरू: ८००G र १.६T ट्रान्सीभरहरूको विकासलाई अगाडि बढाउने; १०० GHz भन्दा बढी ब्यान्डविथ भएका फोटोडिटेक्टरहरू आवश्यक पर्दछ।
सुधारिएको एकीकरण: III-V सामग्री र सिलिकनको एकल चिप एकीकरण; उन्नत 3D एकीकरण प्रविधि।
नयाँ सामग्रीहरू: अल्ट्राफास्ट प्रकाश पत्ता लगाउनको लागि दुई-आयामी सामग्रीहरू (जस्तै ग्राफिन) अन्वेषण गर्दै; विस्तारित तरंगदैर्ध्य कभरेजको लागि नयाँ समूह IV मिश्र धातु।
उदीयमान अनुप्रयोगहरू: LiDAR र अन्य सेन्सिङ अनुप्रयोगहरूले APD को विकासलाई अगाडि बढाइरहेका छन्; उच्च रेखीयता फोटोडिटेक्टरहरू आवश्यक पर्ने माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरू।
उच्च-गतिको फोटोडिटेक्टरहरू, विशेष गरी Ge वा Si फोटोडिटेक्टरहरू, सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स र अर्को पुस्ताको अप्टिकल सञ्चारको प्रमुख चालक बनेका छन्। भविष्यका डाटा सेन्टरहरू र दूरसञ्चार नेटवर्कहरूको बढ्दो ब्यान्डविथ मागहरू पूरा गर्न सामग्री, उपकरण डिजाइन, र एकीकरण प्रविधिहरूमा निरन्तर प्रगति महत्त्वपूर्ण छ। क्षेत्र विकसित हुँदै जाँदा, हामी उच्च ब्यान्डविथ, कम आवाज, र इलेक्ट्रोनिक र फोटोनिक सर्किटहरूसँग निर्बाध एकीकरण भएका फोटोडिटेक्टरहरू हेर्ने आशा गर्न सक्छौं।
पोस्ट समय: जनवरी-२०-२०२५