સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે, સિલિકોન ફોટોડિટેક્ટર્સ
ફોટોડિટેક્ટરપ્રકાશ સંકેતોને વિદ્યુત સંકેતોમાં રૂપાંતરિત કરે છે, અને ડેટા ટ્રાન્સફર દરમાં સુધારો થતો રહે છે, સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પ્લેટફોર્મ સાથે સંકલિત હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સ આગામી પેઢીના ડેટા સેન્ટર્સ અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સ માટે ચાવીરૂપ બની ગયા છે. આ લેખ સિલિકોન આધારિત જર્મેનિયમ (Ge અથવા Si ફોટોડિટેક્ટર) પર ભાર મૂકતા, અદ્યતન હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સનું વિહંગાવલોકન પ્રદાન કરશે.સિલિકોન ફોટોડિટેક્ટર્સસંકલિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજી માટે.
સિલિકોન પ્લેટફોર્મ પર નજીકના ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ શોધ માટે જર્મનિયમ એક આકર્ષક સામગ્રી છે કારણ કે તે CMOS પ્રક્રિયાઓ સાથે સુસંગત છે અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન તરંગલંબાઇ પર અત્યંત મજબૂત શોષણ ધરાવે છે. સૌથી સામાન્ય Ge/Si ફોટોડિટેક્ટર માળખું પિન ડાયોડ છે, જેમાં આંતરિક જર્મનિયમ P-પ્રકાર અને N-પ્રકાર પ્રદેશો વચ્ચે સેન્ડવીચ થયેલ છે.
ઉપકરણ માળખું આકૃતિ 1 એક લાક્ષણિક વર્ટિકલ પિન Ge અથવા દર્શાવે છેસી ફોટોડિટેક્ટરમાળખું:
મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓમાં શામેલ છે: સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવેલ જર્મેનિયમ શોષક સ્તર; ચાર્જ કેરિયર્સના p અને n સંપર્કોને એકત્રિત કરવા માટે વપરાય છે; કાર્યક્ષમ પ્રકાશ શોષણ માટે વેવગાઇડ જોડાણ.
એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ: બે સામગ્રી વચ્ચે 4.2% જાળીના મેળ ખાતી ન હોવાથી સિલિકોન પર ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા જર્મેનિયમ ઉગાડવું પડકારજનક છે. સામાન્ય રીતે બે-પગલાની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થાય છે: નીચા તાપમાન (300-400°C) બફર લેયર વૃદ્ધિ અને ઉચ્ચ તાપમાન (600°C થી ઉપર) જર્મેનિયમનું ડિપોઝિશન. આ પદ્ધતિ જાળીના મેળ ખાતી ન હોવાથી થ્રેડીંગ ડિસલોકેશનને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરે છે. 800-900°C પર વૃદ્ધિ પછીની એનિલિંગ થ્રેડીંગ ડિસલોકેશન ઘનતાને લગભગ 10^7 cm^-2 સુધી ઘટાડે છે. પ્રદર્શન લાક્ષણિકતાઓ: સૌથી અદ્યતન Ge/Si PIN ફોટોડિટેક્ટર પ્રાપ્ત કરી શકે છે: પ્રતિભાવશીલતા, 1550 nm પર > 0.8A /W; બેન્ડવિડ્થ,>60 GHz; ઘેરો પ્રવાહ, -1 V બાયસ પર <1 μA.
સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પ્લેટફોર્મ સાથે એકીકરણ
નું એકીકરણહાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સસિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પ્લેટફોર્મ સાથે, અદ્યતન ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર્સ અને ઇન્ટરકનેક્ટ્સને સક્ષમ કરે છે. બે મુખ્ય એકીકરણ પદ્ધતિઓ નીચે મુજબ છે: ફ્રન્ટ-એન્ડ એકીકરણ (FEOL), જ્યાં ફોટોડિટેક્ટર અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર એકસાથે સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર બનાવવામાં આવે છે જે ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રક્રિયા માટે પરવાનગી આપે છે, પરંતુ ચિપ ક્ષેત્ર લે છે. બેક-એન્ડ એકીકરણ (BEOL). CMOS સાથે દખલ ટાળવા માટે ફોટોડિટેક્ટર ધાતુની ટોચ પર બનાવવામાં આવે છે, પરંતુ નીચા પ્રોસેસિંગ તાપમાન સુધી મર્યાદિત છે.
આકૃતિ 2: હાઇ-સ્પીડ Ge/Si ફોટોડિટેક્ટરની પ્રતિભાવશીલતા અને બેન્ડવિડ્થ
ડેટા સેન્ટર એપ્લિકેશન
ડેટા સેન્ટર ઇન્ટરકનેક્શનની આગામી પેઢીમાં હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સ એક મુખ્ય ઘટક છે. મુખ્ય એપ્લિકેશનોમાં શામેલ છે: ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સસીવર્સ: 100G, 400G અને ઉચ્ચ દર, PAM-4 મોડ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને; Aહાઇ બેન્ડવિડ્થ ફોટોડિટેક્ટર(>50 GHz) જરૂરી છે.
સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ: મોડ્યુલેટર અને અન્ય ઘટકો સાથે ડિટેક્ટરનું મોનોલિથિક ઇન્ટિગ્રેશન; એક કોમ્પેક્ટ, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઓપ્ટિકલ એન્જિન.
વિતરિત આર્કિટેક્ચર: વિતરિત કમ્પ્યુટિંગ, સ્ટોરેજ અને સ્ટોરેજ વચ્ચે ઓપ્ટિકલ ઇન્ટરકનેક્શન; ઊર્જા-કાર્યક્ષમ, ઉચ્ચ-બેન્ડવિડ્થ ફોટોડિટેક્ટર્સની માંગને વેગ આપવો.
ભવિષ્યનો અંદાજ
ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સનું ભવિષ્ય નીચેના વલણો બતાવશે:
ઉચ્ચ ડેટા દર: 800G અને 1.6T ટ્રાન્સસીવર્સના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવું; 100 GHz કરતા વધુ બેન્ડવિડ્થવાળા ફોટોડિટેક્ટર જરૂરી છે.
સુધારેલ એકીકરણ: III-V સામગ્રી અને સિલિકોનનું સિંગલ ચિપ એકીકરણ; અદ્યતન 3D એકીકરણ ટેકનોલોજી.
નવી સામગ્રી: અલ્ટ્રાફાસ્ટ પ્રકાશ શોધ માટે દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રી (જેમ કે ગ્રાફીન) નું અન્વેષણ; વિસ્તૃત તરંગલંબાઇ કવરેજ માટે એક નવું ગ્રુપ IV એલોય.
ઉભરતા કાર્યક્રમો: LiDAR અને અન્ય સેન્સિંગ કાર્યક્રમો APD ના વિકાસને આગળ ધપાવી રહ્યા છે; માઇક્રોવેવ ફોટોન કાર્યક્રમો જેમાં ઉચ્ચ રેખીયતા ફોટોડિટેક્ટરની જરૂર પડે છે.
હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિટેક્ટર્સ, ખાસ કરીને Ge અથવા Si ફોટોડિટેક્ટર્સ, સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને આગામી પેઢીના ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન્સના મુખ્ય ડ્રાઇવર બની ગયા છે. ભવિષ્યના ડેટા સેન્ટર્સ અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સની વધતી જતી બેન્ડવિડ્થ માંગને પહોંચી વળવા માટે સામગ્રી, ઉપકરણ ડિઝાઇન અને એકીકરણ તકનીકોમાં સતત પ્રગતિ મહત્વપૂર્ણ છે. જેમ જેમ આ ક્ષેત્ર વિકસિત થવાનું ચાલુ રાખે છે, તેમ તેમ આપણે ઉચ્ચ બેન્ડવિડ્થ, ઓછો અવાજ અને ઇલેક્ટ્રોનિક અને ફોટોનિક સર્કિટ સાથે સીમલેસ એકીકરણ સાથે ફોટોડિટેક્ટર્સ જોવાની અપેક્ષા રાખી શકીએ છીએ.
પોસ્ટ સમય: જાન્યુઆરી-20-2025