સિલિકોન ફોટોનિક્સ સક્રિય તત્વ

સિલિકોન ફોટોનિક્સ સક્રિય તત્વ

ફોટોનિક્સ સક્રિય ઘટકો ખાસ કરીને પ્રકાશ અને પદાર્થ વચ્ચેની ઇરાદાપૂર્વક ડિઝાઇન કરેલી ગતિશીલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો સંદર્ભ આપે છે. ફોટોનિક્સનો લાક્ષણિક સક્રિય ઘટક એ opt પ્ટિકલ મોડ્યુલેટર છે. બધા વર્તમાન સિલિકોન આધારિતticalપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરપ્લાઝ્મા મુક્ત વાહક અસર પર આધારિત છે. ડોપિંગ, ઇલેક્ટ્રિકલ અથવા opt પ્ટિકલ પદ્ધતિઓ દ્વારા સિલિકોન સામગ્રીમાં મફત ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોની સંખ્યા બદલવી તેના જટિલ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સને બદલી શકે છે, 1550 નેનોમીટરની તરંગલંબાઇ પર સોરફ અને બેનેટના ફિટિંગ ડેટા દ્વારા મેળવેલી સમીકરણો (1,2) માં બતાવેલ પ્રક્રિયા. ઇલેક્ટ્રોનની તુલનામાં, છિદ્રો વાસ્તવિક અને કાલ્પનિક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ફેરફારોના મોટા પ્રમાણનું કારણ બને છે, એટલે કે, તેઓ આપેલા નુકસાનમાં પરિવર્તન માટે મોટા તબક્કામાં ફેરફાર કરી શકે છે, તેથીમણકા-મોડ્યુલેટરઅને રિંગ મોડ્યુલેટર, સામાન્ય રીતે બનાવવા માટે છિદ્રોનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કરવામાં આવે છેતબક્કા -મોડ્યુટર.

વિવિધસિલિકોન (એસઆઈ) મોડ્યુલેટરપ્રકારો આકૃતિ 10 એ માં બતાવવામાં આવે છે. વાહક ઇન્જેક્શન મોડ્યુલેટરમાં, પ્રકાશ ખૂબ જ વિશાળ પિન જંકશનની અંદર આંતરિક સિલિકોનમાં સ્થિત છે, અને ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો ઇન્જેક્શન આપવામાં આવે છે. જો કે, આવા મોડ્યુલેટર ધીમી હોય છે, સામાન્ય રીતે 500 મેગાહર્ટઝની બેન્ડવિડ્થ સાથે, કારણ કે ઇન્જેક્શન પછી મફત ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો ફરીથી ગોઠવવામાં વધુ સમય લે છે. તેથી, આ માળખું ઘણીવાર મોડ્યુલેટરને બદલે ચલ opt પ્ટિકલ એટેન્યુએટર (VOA) તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. વાહક અવક્ષય મોડ્યુલેટરમાં, પ્રકાશ ભાગ એક સાંકડી પી.એન. જંકશનમાં સ્થિત છે, અને પી.એન. જંકશનની અવક્ષય પહોળાઈ લાગુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા બદલવામાં આવે છે. આ મોડ્યુલેટર 50 જીબી/સેથી વધુની ગતિએ કાર્ય કરી શકે છે, પરંતુ તેમાં પૃષ્ઠભૂમિ નિવેશનું નુકસાન છે. લાક્ષણિક વી.પી.આઇ.આઇ.પી. 2 વી-સીએમ છે. મેટલ ox કસાઈડ સેમિકન્ડક્ટર (એમઓએસ) (ખરેખર સેમિકન્ડક્ટર- ox કસાઈડ-સેમિકન્ડક્ટર) મોડ્યુલેટરમાં પી.એન. જંકશનમાં પાતળા ox કસાઈડ સ્તર હોય છે. તે કેટલાક વાહક સંચય તેમજ વાહકના ઘટાડાને મંજૂરી આપે છે, લગભગ 0.2 વી-સીએમના નાના VπL ને મંજૂરી આપે છે, પરંતુ તેમાં ઉચ્ચ opt પ્ટિકલ નુકસાન અને એકમ લંબાઈ દીઠ ઉચ્ચ કેપેસિટીન્સનો ગેરલાભ છે. આ ઉપરાંત, સિજ (સિલિકોન જર્મનિયમ એલોય) બેન્ડ એજ ચળવળના આધારે સિગ ઇલેક્ટ્રિકલ શોષણ મોડ્યુલેટર છે. આ ઉપરાંત, ત્યાં ગ્રાફિન મોડ્યુલેટર છે જે મેટલ્સ અને પારદર્શક ઇન્સ્યુલેટર શોષી લેતા વચ્ચે સ્વિચ કરવા માટે ગ્રાફિન પર આધાર રાખે છે. આ ઉચ્ચ-ગતિ, ઓછી-લોસ opt પ્ટિકલ સિગ્નલ મોડ્યુલેશન પ્રાપ્ત કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓની એપ્લિકેશનોની વિવિધતા દર્શાવે છે.

આકૃતિ 10: (એ) વિવિધ સિલિકોન આધારિત opt પ્ટિકલ મોડ્યુલેટર ડિઝાઇનનો ક્રોસ-વિભાગીય આકૃતિ અને (બી) opt પ્ટિકલ ડિટેક્ટર ડિઝાઇનનો ક્રોસ-વિભાગીય આકૃતિ.

કેટલાક સિલિકોન આધારિત લાઇટ ડિટેક્ટર્સ આકૃતિ 10 બી માં બતાવ્યા છે. શોષી લેતી સામગ્રી જર્મનિયમ (જીઇ) છે. જી.ઇ. લગભગ 1.6 માઇક્રોન સુધી તરંગલંબાઇ પર પ્રકાશ શોષી લેવામાં સક્ષમ છે. ડાબી બાજુએ બતાવેલ એ આજે ​​સૌથી વ્યાવસાયિક રીતે સફળ પિન સ્ટ્રક્ચર છે. તે પી-પ્રકાર ડોપ કરેલા સિલિકોનથી બનેલું છે જેના પર જીઇ વધે છે. જીઇ અને સીમાં 4% જાળીનો મેળ ખાતો નથી, અને ડિસલોકેશનને ઘટાડવા માટે, સિજનો પાતળો સ્તર પ્રથમ બફર સ્તર તરીકે ઉગાડવામાં આવે છે. એન-ટાઇપ ડોપિંગ જીઇ લેયરની ટોચ પર કરવામાં આવે છે. મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર-મેટલ (એમએસએમ) ફોટોોડોડ મધ્યમાં બતાવવામાં આવે છે, અને એપીડી (હિમપ્રપાત) જમણી બાજુએ બતાવવામાં આવે છે. એપીડીમાં હિમપ્રપાત ક્ષેત્ર એસઆઈમાં સ્થિત છે, જેમાં જૂથ III-V એલિમેન્ટલ મટિરિયલ્સમાં હિમપ્રપાત ક્ષેત્રની તુલનામાં અવાજની લાક્ષણિકતાઓ ઓછી છે.

હાલમાં, સિલિકોન ફોટોનિક્સ સાથે ical પ્ટિકલ ગેઇન એકીકૃત કરવાના સ્પષ્ટ ફાયદાઓ સાથે કોઈ ઉકેલો નથી. આકૃતિ 11 એસેમ્બલી સ્તર દ્વારા આયોજિત ઘણા સંભવિત વિકલ્પો બતાવે છે. ખૂબ ડાબી બાજુએ એકવિધતા એકીકરણો છે જેમાં it પ્ટિકલ ગેઇન મટિરિયલ, એર્બિયમ-ડોપડ (ઇઆર) ગ્લાસ વેવગાઇડ્સ (જેમ કે AL2O3, જેને opt પ્ટિકલ પમ્પિંગની જરૂર હોય છે), અને એપિટેક્સ્યુઅલ રીતે ઉગાડવામાં આવેલા ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (ગાએ) ક્વોન્ટમ બિંદુઓ તરીકે એપિટેક્સ્યુઅલ રીતે ઉગાડવામાં આવતી જર્મનિયમ (જીઇ) નો ઉપયોગ શામેલ છે. આગળની ક column લમ વેફર એસેમ્બલીથી વેફર છે, જેમાં III-V જૂથ લાભ ક્ષેત્રમાં ox કસાઈડ અને કાર્બનિક બંધન શામેલ છે. આગળની ક column લમ ચિપ-ટુ-વેફર એસેમ્બલી છે, જેમાં સિલિકોન વેફરની પોલાણમાં III-V જૂથ ચિપને એમ્બેડ કરવા અને પછી વેવગાઇડ સ્ટ્રક્ચરને મશીન કરવામાં આવે છે. આ પ્રથમ ત્રણ ક column લમ અભિગમનો ફાયદો એ છે કે કાપવા પહેલાં ઉપકરણને વેફરની અંદર સંપૂર્ણ રીતે કાર્યરત કરી શકાય છે. જમણી બાજુની ક column લમ ચિપ-ટુ-ચિપ એસેમ્બલી છે, જેમાં સિલિકોન ચિપ્સ III-V જૂથ ચિપ્સ માટે સીધા જોડાણ, તેમજ લેન્સ અને ગ્રેટિંગ કપલર્સ દ્વારા જોડાણ શામેલ છે. વ્યાપારી એપ્લિકેશનો તરફનો વલણ ચાર્ટની જમણી બાજુથી વધુ એકીકૃત અને સંકલિત ઉકેલો તરફ આગળ વધી રહ્યો છે.

આકૃતિ 11: કેવી રીતે ical પ્ટિકલ ગેઇન સિલિકોન-આધારિત ફોટોનિક્સમાં એકીકૃત છે. જેમ જેમ તમે ડાબેથી જમણે ખસેડો છો, મેન્યુફેક્ચરિંગ ઇન્સરેશન પોઇન્ટ ધીમે ધીમે પ્રક્રિયામાં પાછા ફરે છે.