ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (PIC) મટિરિયલ સિસ્ટમ

ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (PIC) મટિરિયલ સિસ્ટમ

સિલિકોન ફોટોનિક્સ એ એક એવી શાખા છે જે વિવિધ કાર્યો પ્રાપ્ત કરવા માટે પ્રકાશને દિશામાન કરવા માટે સિલિકોન સામગ્રી પર આધારિત પ્લેનર સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ કરે છે. અમે અહીં ફાઇબર ઓપ્ટિક સંદેશાવ્યવહાર માટે ટ્રાન્સમીટર અને રીસીવરો બનાવવા માટે સિલિકોન ફોટોનિક્સનો ઉપયોગ કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીએ છીએ. આપેલ બેન્ડવિડ્થ, આપેલ ફૂટપ્રિન્ટ અને આપેલ ખર્ચ પર વધુ ટ્રાન્સમિશન ઉમેરવાની જરૂરિયાત વધતાં, સિલિકોન ફોટોનિક્સ આર્થિક રીતે વધુ મજબૂત બને છે. ઓપ્ટિકલ ભાગ માટે,ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેશન ટેકનોલોજીઉપયોગ કરવો જ જોઇએ, અને આજે મોટાભાગના સુસંગત ટ્રાન્સસીવર્સ અલગ LiNbO3/ પ્લેનર લાઇટ-વેવ સર્કિટ (PLC) મોડ્યુલેટર અને InP/PLC રીસીવરોનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે.

આકૃતિ 1: સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (PIC) મટીરીયલ સિસ્ટમ્સ બતાવે છે.

આકૃતિ 1 સૌથી લોકપ્રિય PIC મટીરીયલ સિસ્ટમ્સ દર્શાવે છે. ડાબેથી જમણે સિલિકોન-આધારિત સિલિકા PIC (જેને PLC તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે), સિલિકોન-આધારિત ઇન્સ્યુલેટર PIC (સિલિકોન ફોટોનિક્સ), લિથિયમ નિયોબેટ (LiNbO3), અને III-V ગ્રુપ PIC, જેમ કે InP અને GaAs છે. આ પેપર સિલિકોન-આધારિત ફોટોનિક્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. માંસિલિકોન ફોટોનિક્સ, પ્રકાશ સંકેત મુખ્યત્વે સિલિકોનમાં પ્રવાસ કરે છે, જેમાં 1.12 ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટનો પરોક્ષ બેન્ડ ગેપ હોય છે (1.1 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ સાથે). સિલિકોનને ભઠ્ઠીઓમાં શુદ્ધ સ્ફટિકોના સ્વરૂપમાં ઉગાડવામાં આવે છે અને પછી વેફરમાં કાપવામાં આવે છે, જેનો વ્યાસ આજે સામાન્ય રીતે 300 મીમી હોય છે. વેફર સપાટીને સિલિકા સ્તર બનાવવા માટે ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે. એક વેફર પર ચોક્કસ ઊંડાઈ સુધી હાઇડ્રોજન અણુઓથી બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે. પછી બે વેફરને વેક્યૂમમાં ફ્યુઝ કરવામાં આવે છે અને તેમના ઓક્સાઇડ સ્તરો એકબીજા સાથે જોડાય છે. એસેમ્બલી હાઇડ્રોજન આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન લાઇન સાથે તૂટી જાય છે. ક્રેક પર સિલિકોન સ્તરને પછી પોલિશ કરવામાં આવે છે, આખરે સિલિકા સ્તરની ટોચ પર અખંડ સિલિકોન "હેન્ડલ" વેફરની ટોચ પર સ્ફટિકીય Si નો પાતળો સ્તર રહે છે. આ પાતળા સ્ફટિકીય સ્તરમાંથી વેવગાઇડ્સ રચાય છે. જ્યારે આ સિલિકોન-આધારિત ઇન્સ્યુલેટર (SOI) વેફર્સ ઓછા-નુકસાનવાળા સિલિકોન ફોટોનિક્સ વેવગાઇડ્સને શક્ય બનાવે છે, તેઓ વાસ્તવમાં ઓછા-પાવર CMOS સર્કિટમાં વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે કારણ કે તેઓ ઓછા લિકેજ પ્રવાહ પ્રદાન કરે છે.

આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ્સના ઘણા સંભવિત સ્વરૂપો છે. તે માઇક્રોસ્કેલ જર્મેનિયમ-ડોપેડ સિલિકા વેવગાઇડ્સથી લઈને નેનોસ્કેલ સિલિકોન વાયર વેવગાઇડ્સ સુધીના છે. જર્મેનિયમનું મિશ્રણ કરીને, તે બનાવવાનું શક્ય છેફોટોડિટેક્ટરઅને વિદ્યુત શોષણમોડ્યુલેટર, અને કદાચ ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર પણ. સિલિકોન ડોપિંગ દ્વારા, એકઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરબનાવી શકાય છે. ડાબેથી જમણે નીચે છે: સિલિકોન વાયર વેવગાઇડ, સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ, સિલિકોન ઓક્સિનાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ, જાડા સિલિકોન રિજ વેવગાઇડ, પાતળા સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ અને ડોપ્ડ સિલિકોન વેવગાઇડ. ઉપર, ડાબેથી જમણે, ડિપ્લેશન મોડ્યુલેટર, જર્મેનિયમ ફોટોડિટેક્ટર અને જર્મેનિયમ છે.ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર.

આકૃતિ 2: સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ શ્રેણીનો ક્રોસ-સેક્શન, લાક્ષણિક પ્રચાર નુકસાન અને રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો દર્શાવે છે.