सिलिकन फोटोनिक्स सक्रिय तत्व

सिलिकन फोटोनिक्स सक्रिय तत्व

फोटोनिक्स सक्रिय कम्पोनेन्टहरू विशेष गरी प्रकाश र पदार्थको बीचमा जानाजानी डिजाइन गरिएको गतिशील अन्तरक्रियालाई बुझाउँछन्। फोटोनिक्स को एक विशिष्ट सक्रिय घटक एक अप्टिकल मोड्युलेटर हो। सबै हालको सिलिकन-आधारितअप्टिकल मोड्युलेटर्सप्लाज्मा मुक्त क्यारियर प्रभाव मा आधारित छन्। डोपिङ, विद्युतीय वा अप्टिकल विधिहरूद्वारा सिलिकन सामग्रीमा फ्री इलेक्ट्रोनहरू र प्वालहरूको संख्या परिवर्तन गर्नाले यसको जटिल अपवर्तक अनुक्रमणिका परिवर्तन गर्न सक्छ, सोरेफ र बेनेटबाट 1550 न्यानोमिटरको तरंग लम्बाइमा डेटा फिट गरेर प्राप्त समीकरण (1,2) मा देखाइएको प्रक्रिया। । इलेक्ट्रोनहरूसँग तुलना गर्दा, प्वालहरूले वास्तविक र काल्पनिक अपवर्तक सूचकांक परिवर्तनहरूको ठूलो अनुपात निम्त्याउँछ, अर्थात्, तिनीहरूले दिइएको हानि परिवर्तनको लागि ठूलो चरण परिवर्तन गर्न सक्छन्, त्यसैलेMach-Zehnder मोड्युलेटर्सर रिंग मोड्युलेटरहरू, यो सामान्यतया प्वालहरू प्रयोग गर्न रुचाइन्छचरण मोड्युलेटर्स.

विभिन्नसिलिकन (Si) मोड्युलेटरप्रकारहरू चित्र 10A मा देखाइएको छ। क्यारियर इन्जेक्शन मोड्युलेटरमा, प्रकाश धेरै फराकिलो पिन जंक्शन भित्र भित्री सिलिकनमा अवस्थित हुन्छ, र इलेक्ट्रोन र प्वालहरू इन्जेक्ट गरिन्छ। यद्यपि, त्यस्ता मोड्युलेटरहरू ढिलो हुन्छन्, सामान्यतया 500 मेगाहर्ट्जको ब्यान्डविथको साथ, किनभने नि: शुल्क इलेक्ट्रोनहरू र प्वालहरूले इंजेक्शन पछि पुन: मिलाउन लामो समय लिन्छन्। तसर्थ, यो संरचना प्राय: मोड्युलेटरको सट्टा चर अप्टिकल एटेन्युएटर (VOA) को रूपमा प्रयोग गरिन्छ। क्यारियर डिप्लेशन मोड्युलेटरमा, प्रकाश भाग एक साँघुरो pn जंक्शनमा अवस्थित हुन्छ, र pn जंक्शनको घटाउने चौडाइ लागू विद्युतीय क्षेत्रद्वारा परिवर्तन हुन्छ। यो मोड्युलेटरले 50Gb/s भन्दा बढी गतिमा काम गर्न सक्छ, तर उच्च पृष्ठभूमि सम्मिलन हानि छ। सामान्य vpil 2 V-cm हो। एक धातु अक्साइड अर्धचालक (MOS) (वास्तवमा अर्धचालक-अक्साइड-सेमिकन्डक्टर) मोड्युलेटरले pn जंक्शनमा पातलो अक्साइड तह समावेश गर्दछ। यसले केहि वाहक संचयको साथसाथै वाहक घटाउन अनुमति दिन्छ, लगभग 0.2 V-cm को सानो VπL लाई अनुमति दिन्छ, तर उच्च अप्टिकल घाटा र प्रति एकाइ लम्बाइ उच्च क्षमताको बेफाइदा छ। थप रूपमा, त्यहाँ SiGe (सिलिकन जर्मेनियम मिश्र धातु) ब्यान्ड किनारा आन्दोलनमा आधारित SiGe विद्युत अवशोषण मोड्युलेटरहरू छन्। थप रूपमा, त्यहाँ ग्राफिन मोड्युलेटरहरू छन् जुन अवशोषित धातुहरू र पारदर्शी इन्सुलेटरहरू बीच स्विच गर्न ग्राफिनमा निर्भर हुन्छन्। यी उच्च-गति, कम-हानि अप्टिकल संकेत मोडुलन प्राप्त गर्न विभिन्न संयन्त्रहरूको अनुप्रयोगहरूको विविधता प्रदर्शन गर्दछ।

चित्र 10: (A) विभिन्न सिलिकन-आधारित अप्टिकल मोड्युलेटर डिजाइनहरूको क्रस-सेक्शनल रेखाचित्र र (B) अप्टिकल डिटेक्टर डिजाइनहरूको क्रस-सेक्शनल रेखाचित्र।

धेरै सिलिकन-आधारित प्रकाश डिटेक्टरहरू चित्र 10B मा देखाइएको छ। अवशोषित सामग्री जर्मेनियम (Ge) हो। Ge ले लगभग १.६ माइक्रोनसम्मको तरंग लम्बाइमा प्रकाश अवशोषित गर्न सक्षम छ। बायाँमा देखाइएको आज सबैभन्दा व्यावसायिक रूपमा सफल पिन संरचना हो। यो P-प्रकार डोप सिलिकनबाट बनेको हुन्छ जसमा Ge बढ्छ। Ge र Si मा 4% जाली बेमेल छ, र विस्थापनलाई कम गर्नको लागि, SiGe को पातलो तह पहिले बफर तहको रूपमा बढाइन्छ। एन-टाइप डोपिङ जी लेयरको शीर्षमा गरिन्छ। एक धातु-सेमिकन्डक्टर-मेटल (MSM) फोटोडियोड बीचमा देखाइएको छ, र एक APD (हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर) दायाँ मा देखाइएको छ। APD मा हिमस्खलन क्षेत्र Si मा अवस्थित छ, जसमा समूह III-V मौलिक सामग्रीहरूमा हिमस्खलन क्षेत्रको तुलनामा कम आवाज विशेषताहरू छन्।

वर्तमानमा, सिलिकन फोटोनिक्सको साथ अप्टिकल लाभलाई एकीकृत गर्ने स्पष्ट फाइदाहरूको साथ कुनै समाधानहरू छैनन्। चित्र 11 ले विधानसभा स्तर द्वारा संगठित धेरै सम्भावित विकल्पहरू देखाउँछ। टाढाको बायाँमा मोनोलिथिक एकीकरणहरू छन् जसमा एपिटाक्सियली बढेको जर्मेनियम (Ge) लाई अप्टिकल गेन सामग्रीको रूपमा, एर्बियम-डोपेड (एर) गिलास वेभगाइडहरू (जस्तै Al2O3, जसलाई अप्टिकल पम्पिङ आवश्यक पर्दछ), र एपिटाक्सियल रूपमा बढेको ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) समावेश छन्। ) क्वान्टम डट्स। अर्को स्तम्भ III-V समूह लाभ क्षेत्र मा अक्साइड र जैविक बन्धन सम्मिलित वेफर देखि वेफर विधानसभा छ। अर्को स्तम्भ चिप-टू-वेफर एसेम्बली हो, जसमा III-V समूह चिपलाई सिलिकन वेफरको गुहामा इम्बेड गर्ने र त्यसपछि वेभगाइड संरचना मेसिन गर्ने समावेश छ। यस पहिलो तीन स्तम्भ दृष्टिकोणको फाइदा यो हो कि उपकरण काट्नु अघि वेफर भित्र पूर्ण रूपमा कार्यात्मक परीक्षण गर्न सकिन्छ। दायाँ-सबैभन्दा स्तम्भ चिप-टु-चिप एसेम्ब्ली हो, जसमा सिलिकन चिप्सको III-V समूह चिपहरूमा सीधा युग्मन, साथै लेन्स र ग्रेटिंग कप्लरहरू मार्फत युग्मन समावेश छ। व्यापारिक अनुप्रयोगहरू तर्फको प्रवृत्ति चार्टको दायाँबाट बायाँतिर थप एकीकृत र एकीकृत समाधानहरू तर्फ सर्दैछ।

चित्र 11: कसरी अप्टिकल लाभ सिलिकन-आधारित फोटोनिक्समा एकीकृत हुन्छ। जब तपाईं बायाँबाट दायाँ जानुहुन्छ, निर्माण सम्मिलन बिन्दु बिस्तारै प्रक्रियामा फिर्ता जान्छ।