የፎቶኒክ የተቀናጀ ዑደት ዲዛይን

የዲዛይንፎቶኒክየተቀናጀ ዑደት

የፎቶኒክ የተዋሃዱ ሰርክዩቶች(PIC) ብዙውን ጊዜ በሂሳብ ስክሪፕቶች እገዛ የተነደፉ ናቸው ምክንያቱም በኢንተርፌሮሜትሮች ወይም ለመንገዱ ርዝመት ስሜታዊ በሆኑ ሌሎች አፕሊኬሽኖች ውስጥ የመንገድ ርዝመት አስፈላጊነት ስላለ።ፒክብዙ ንብርብሮችን (በተለምዶ ከ10 እስከ 30) በዋፈር ላይ በመሳል ይመረታል፣ እነዚህም ብዙ ፖሊጎናል ቅርጾችን ያቀፈ እና ብዙውን ጊዜ በGDSII ቅርጸት የሚወከሉ ናቸው። ፋይሉን ወደ ፎቶማስክ አምራች ከመላክዎ በፊት የዲዛይኑን ትክክለኛነት ለማረጋገጥ PICን ማስመሰል መቻል በጣም የሚፈለግ ነው። ማስመሰያው በበርካታ ደረጃዎች የተከፈለ ነው፡ ዝቅተኛው ደረጃ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ኤሌክትሮማግኔቲክ (EM) ማስመሰል ሲሆን ማስመሰያው በንዑስ ሞገድ ርዝመት ደረጃ ይከናወናል፣ ምንም እንኳን በቁሱ ውስጥ ባሉ አቶሞች መካከል ያለው መስተጋብር በማክሮስኮፒክ ሚዛን ቢስተናገድም። የተለመዱ ዘዴዎች ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ፋይኒት-ልዩነት የጊዜ-ጎራ (3D FDTD) እና ኢጂገንሞድ ማስፋፊያ (EME) ያካትታሉ። እነዚህ ዘዴዎች በጣም ትክክለኛ ናቸው፣ ነገር ግን ለጠቅላላው የPIC ማስመሰያ ጊዜ ተግባራዊ አይደሉም። የሚቀጥለው ደረጃ እንደ ፋይኒት-ልዩነት ጨረር propagation (FD-BPM) ያሉ 2.5-ልኬት EM ማስመሰል ነው። እነዚህ ዘዴዎች በጣም ፈጣን ናቸው፣ ነገር ግን የተወሰነ ትክክለኛነትን ይሰዋሉ እና ፓራክሲያል ፕሮፓጋንዳ ብቻ ሊይዙ ይችላሉ እና ለምሳሌ ሬዞናተሮችን ለማስመሰል ጥቅም ላይ ሊውሉ አይችሉም። ቀጣዩ ደረጃ እንደ 2D FDTD እና 2D BPM ያሉ 2D EM ማስመሰል ነው። እነዚህም ፈጣን ናቸው፣ ነገር ግን የተገደቡ ተግባራት አሏቸው፣ ለምሳሌ የፖላራይዜሽን ማዞሪያዎችን ማስመሰል አይችሉም። ተጨማሪ ደረጃ ማስተላለፊያ እና/ወይም የመበተን ማትሪክስ ማስመሰል ነው። እያንዳንዱ ዋና አካል ወደ ግብዓት እና ውፅዓት ወዳለው አካል ይቀነሳል፣ እና የተገናኘው የሞገድ መመሪያ ወደ ደረጃ ፈረቃ እና የመቀነስ አባል ይቀነሳል። እነዚህ ማስመሰያዎች እጅግ በጣም ፈጣን ናቸው። የውጤት ምልክቱ የሚገኘው የማስተላለፊያ ማትሪክስን በግብዓት ምልክት በማባዛት ነው። የመበተን ማትሪክስ (ክፍሎቹ S-መለኪያዎች ተብለው የሚጠሩት) በአንድ በኩል የግብዓት እና የውጤት ምልክቶችን በማባዛት በክፍለ-ነገሩ በሌላኛው በኩል ያለውን የግብዓት እና የውጤት ምልክቶችን ያገኛል። በመሠረቱ፣ የመበተን ማትሪክስ በኤለመንቱ ውስጥ ያለውን ነጸብራቅ ይይዛል። የመበተን ማትሪክስ ብዙውን ጊዜ በእያንዳንዱ ልኬት ውስጥ ካለው የማስተላለፊያ ማትሪክስ በእጥፍ ይበልጣል። በማጠቃለያ፣ ከ3D EM እስከ ማስተላለፊያ/መበተን ማትሪክስ ማስመሰል፣ እያንዳንዱ የማስመሰል ንብርብር በፍጥነት እና በትክክለኛነት መካከል ያለውን ልውውጥ ያቀርባል፣ እና ዲዛይነሮች የዲዛይን ማረጋገጫ ሂደቱን ለማመቻቸት ለተለየ ፍላጎታቸው ትክክለኛውን የማስመሰል ደረጃ ይመርጣሉ።

ይሁን እንጂ፣ የተወሰኑ ንጥረ ነገሮችን በኤሌክትሮማግኔቲክ ማስመሰል ላይ መተማመን እና ሙሉውን PIC ለማስመሰል የመበታተን/የማስተላለፊያ ማትሪክስ መጠቀም ከፍሰት ሳህኑ ፊት ለፊት ሙሉ በሙሉ ትክክለኛ ዲዛይን ዋስትና አይሰጥም። ለምሳሌ፣ የተሳሳተ የመንገድ ርዝመት፣ ከፍተኛ ደረጃ ያላቸውን ሁነታዎች በብቃት ለመግታት የማይችሉ ባለብዙ ሁነታ ሞገድ መመሪያዎች ወይም እርስ በእርስ በጣም የተጠጋጉ ሁለት ሞገድ መሪዎች በማስመሰል ወቅት ሳይታወቁ ሊቀሩ ይችላሉ። ስለዚህ፣ የላቁ የማስመሰል መሳሪያዎች ኃይለኛ የዲዛይን ማረጋገጫ ችሎታዎችን ቢሰጡም፣ የዲዛይኑን ትክክለኛነት እና አስተማማኝነት ለማረጋገጥ እና የፍሰት ሉህ አደጋን ለመቀነስ አሁንም ከፍተኛ የንቃት እና ጥንቃቄ የተሞላበት ምርመራ ከተግባራዊ ልምድ እና ቴክኒካዊ እውቀት ጋር ተዳምሮ በዲዛይነሩ ይጠይቃል።

ስፔንሰር FDTD የሚባል ቴክኒክ 3D እና 2D FDTD ማስመሰያዎች ዲዛይኑን ለማረጋገጥ በቀጥታ በተሟላ የPIC ዲዛይን ላይ እንዲከናወኑ ያስችላቸዋል። ምንም እንኳን ለማንኛውም የኤሌክትሮማግኔቲክ ማስመሰያ መሳሪያ በጣም ትልቅ መጠን ያለው PIC ማስመሰል ቢከብድም፣ ስፔንሰር FDTD በጣም ትልቅ የአካባቢ ቦታን ማስመሰል ይችላል። በባህላዊ 3D FDTD፣ ማስመሰያው የሚጀምረው በተወሰነ መጠን ባለው መጠን ውስጥ ያሉትን የኤሌክትሮማግኔቲክ መስክ ስድስት ክፍሎችን በማስጀመር ነው። ጊዜ እየገፋ ሲሄድ፣ በድምጽ ውስጥ ያለው አዲሱ የመስክ ክፍል ይሰላል፣ ወዘተ። እያንዳንዱ እርምጃ ብዙ ስሌት ይፈልጋል፣ ስለዚህ ረጅም ጊዜ ይወስዳል። በ3D FDTD ውስጥ፣ በእያንዳንዱ የድምጽ ነጥብ በእያንዳንዱ ደረጃ ላይ ከመቁጠር ይልቅ፣ በንድፈ ሀሳብ ከትልቅ መጠን ጋር ሊዛመዱ የሚችሉ እና ለእነዚያ ክፍሎች ብቻ የሚሰሉ የመስክ ክፍሎች ዝርዝር ይጠበቃል። በእያንዳንዱ የጊዜ ደረጃ፣ ከመስክ ክፍሎች አጠገብ ያሉ ነጥቦች ይታከላሉ፣ ከተወሰነ የኃይል ገደብ በታች ያሉ የመስክ ክፍሎች ይወድቃሉ። ለአንዳንድ መዋቅሮች፣ ይህ ስሌት ከባህላዊ 3D FDTD ይልቅ በርካታ የመጠን ቅደም ተከተሎች በፍጥነት ሊሆኑ ይችላሉ። ሆኖም ግን፣ ይህ የጊዜ መስክ በጣም ብዙ ስለሚሰራጭ፣ በጣም ረጅም እና ለማስተዳደር አስቸጋሪ የሆኑ ዝርዝሮችን ስለሚያመጣ፣ ስስ ኤፍዲቲዲዎች ከተበታተኑ መዋቅሮች ጋር ሲገናኙ ጥሩ ውጤት አያመጡም። ምስል 1 ከፖላራይዜሽን ጨረር ስፕሊተር (PBS) ጋር ተመሳሳይ የሆነ የ3-ልኬት ኤፍዲቲዲ ማስመሰል ምሳሌ ቅጽበታዊ ገጽ እይታ ያሳያል።

ምስል 1፡ ከ3D ስፔንሰር FDTD የማስመሰል ውጤቶች። (A) እየተመሰለ ያለው መዋቅር የላይኛው እይታ ሲሆን ይህም አቅጣጫዊ ማጣበቂያ ነው። (B) የኳሲ-TE ማነቃቂያን በመጠቀም የማስመሰል ቅጽበታዊ ገጽ እይታ ያሳያል። ከላይ ያሉት ሁለት ዲያግራሞች የኳሲ-TE እና የኳሲ-TM ምልክቶችን የላይኛው እይታ ያሳያሉ፣ እና ከታች ያሉት ሁለት ዲያግራሞች ተጓዳኝ የመስቀለኛ ክፍል እይታን ያሳያሉ። (C) የኳሲ-TM ማነቃቂያን በመጠቀም የማስመሰል ቅጽበታዊ ገጽ እይታን ያሳያል።