ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (PIC) મટિરિયલ સિસ્ટમ

ફોટોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (PIC) મટિરિયલ સિસ્ટમ

સિલિકોન ફોટોનિક્સ એ એક શિસ્ત છે જે સિલિકોન સામગ્રી પર આધારિત પ્લાનર સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ વિવિધ કાર્યોને પ્રાપ્ત કરવા માટે પ્રકાશને દિશામાન કરવા માટે કરે છે. અમે અહીં ફાઈબર ઓપ્ટિક કોમ્યુનિકેશન્સ માટે ટ્રાન્સમિટર્સ અને રીસીવરો બનાવવા માટે સિલિકોન ફોટોનિક્સના ઉપયોગ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીએ છીએ. આપેલ બેન્ડવિડ્થ પર વધુ ટ્રાન્સમિશન ઉમેરવાની જરૂરિયાત, આપેલ ફૂટપ્રિન્ટ અને આપેલ કિંમત વધે છે, સિલિકોન ફોટોનિક્સ વધુ આર્થિક રીતે મજબૂત બને છે. ઓપ્ટિકલ ભાગ માટે,ફોટોનિક એકીકરણ ટેકનોલોજીઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે, અને મોટાભાગના સુસંગત ટ્રાન્સસીવરો આજે અલગ LiNbO3/ પ્લાનર લાઇટ-વેવ સર્કિટ (PLC) મોડ્યુલેટર અને InP/PLC રીસીવરોનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે.

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

આકૃતિ 1 સૌથી લોકપ્રિય PIC મટિરિયલ સિસ્ટમ્સ બતાવે છે. ડાબેથી જમણે સિલિકોન-આધારિત સિલિકા PIC (PLC તરીકે પણ ઓળખાય છે), સિલિકોન-આધારિત ઇન્સ્યુલેટર PIC (સિલિકોન ફોટોનિક્સ), લિથિયમ નિયોબેટ (LiNbO3), અને III-V જૂથ PIC, જેમ કે InP અને GaAs. આ પેપર સિલિકોન આધારિત ફોટોનિક્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. માંસિલિકોન ફોટોનિક્સ, પ્રકાશ સિગ્નલ મુખ્યત્વે સિલિકોનમાં પ્રવાસ કરે છે, જેમાં 1.12 ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટનો પરોક્ષ બેન્ડ ગેપ હોય છે (1.1 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ સાથે). સિલિકોન ભઠ્ઠીઓમાં શુદ્ધ સ્ફટિકોના રૂપમાં ઉગાડવામાં આવે છે અને પછી વેફરમાં કાપવામાં આવે છે, જે આજે સામાન્ય રીતે 300 મીમી વ્યાસ ધરાવે છે. સિલિકા સ્તર બનાવવા માટે વેફરની સપાટીને ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે. એક વેફર પર હાઇડ્રોજન અણુઓ સાથે ચોક્કસ ઊંડાણ સુધી બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે. બે વેફર્સ પછી વેક્યૂમમાં ભળી જાય છે અને તેમના ઓક્સાઇડ સ્તરો એકબીજા સાથે જોડાય છે. હાઇડ્રોજન આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન લાઇન સાથે એસેમ્બલી તૂટી જાય છે. તિરાડ પરના સિલિકોન સ્તરને પછી પોલિશ કરવામાં આવે છે, છેવટે સિલિકા સ્તરની ટોચ પર અખંડ સિલિકોન "હેન્ડલ" વેફરની ટોચ પર સ્ફટિકીય Si ના પાતળા સ્તરને છોડી દે છે. આ પાતળા સ્ફટિકીય સ્તરમાંથી વેવગાઇડ્સ રચાય છે. જ્યારે આ સિલિકોન-આધારિત ઇન્સ્યુલેટર (SOI) વેફર્સ ઓછા-નુકસાનવાળા સિલિકોન ફોટોનિક્સ વેવગાઇડ્સને શક્ય બનાવે છે, ત્યારે તેઓ નીચા લિકેજ પ્રવાહને કારણે ઓછા-પાવર CMOS સર્કિટ્સમાં વાસ્તવમાં વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે.

આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ્સના ઘણા સંભવિત સ્વરૂપો છે. તેઓ માઇક્રોસ્કેલ જર્મેનિયમ-ડોપેડ સિલિકા વેવગાઇડ્સથી નેનોસ્કેલ સિલિકોન વાયર વેવગાઇડ્સ સુધીના છે. જર્મેનિયમનું મિશ્રણ કરીને, તે બનાવવું શક્ય છેફોટોડિટેક્ટરઅને વિદ્યુત શોષણમોડ્યુલેટર્સ, અને કદાચ ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર પણ. ડોપિંગ સિલિકોન દ્વારા, એઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરબનાવી શકાય છે. નીચેથી ડાબેથી જમણે છે: સિલિકોન વાયર વેવગાઇડ, સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ, સિલિકોન ઓક્સિનાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ, જાડા સિલિકોન રિજ વેવગાઇડ, પાતળા સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ વેવગાઇડ અને ડોપેડ સિલિકોન વેવગાઇડ. ટોચ પર, ડાબેથી જમણે, અવક્ષય મોડ્યુલેટર, જર્મેનિયમ ફોટોડિટેક્ટર અને જર્મેનિયમ છેઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર.

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