የፎቶኒክ የተቀናጀ የወረዳ (PIC) ቁሳዊ ሥርዓት

የፎቶኒክ የተቀናጀ የወረዳ (PIC) ቁሳዊ ሥርዓት

የሲሊኮን ፎቶኒክስ የተለያዩ ተግባራትን ለማሳካት ብርሃንን ለመምራት በሲሊኮን ማቴሪያሎች ላይ የተመሰረቱ የእቅድ አወቃቀሮችን የሚጠቀም ዲሲፕሊን ነው። ለፋይበር ኦፕቲክ መገናኛዎች ማሰራጫዎችን እና ተቀባዮችን በመፍጠር በሲሊኮን ፎቶኒክስ አተገባበር ላይ እናተኩራለን። በተሰጠው የመተላለፊያ ይዘት ላይ ተጨማሪ ስርጭትን የመጨመር አስፈላጊነት, የተወሰነ አሻራ እና የተወሰነ ወጪ እየጨመረ ሲሄድ, የሲሊኮን ፎቶኒክስ የበለጠ ኢኮኖሚያዊ ጤናማ ይሆናል. ለኦፕቲካል ክፍል,የፎቶኒክ ውህደት ቴክኖሎጂጥቅም ላይ መዋል አለበት፣ እና ዛሬ አብዛኛው የተቀናጁ ትራንስሰተሮች የተገነቡት የተለየ የLiNbO3/planar light-wave circuit (PLC) ሞዱላተሮችን እና የ InP/PLC ተቀባዮችን በመጠቀም ነው።

ምስል 1፡ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉ የፎቶኒክ የተቀናጀ ወረዳ (PIC) ቁሳዊ ስርዓቶችን ያሳያል።

ምስል 1 በጣም ታዋቂውን የፒአይሲ ቁሳቁስ ስርዓቶችን ያሳያል. ከግራ ወደ ቀኝ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ሲሊካ ፒአይሲ ( PLC በመባልም ይታወቃል)፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ኢንሱሌተር PIC (ሲሊኮን ፎቶኒክስ)፣ ሊቲየም ኒዮባቴ (LiNbO3) እና III-V ቡድን PIC፣ እንደ InP እና GaAs ናቸው። ይህ ጽሑፍ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ፎቶኒኮች ላይ ያተኩራል. ውስጥየሲሊኮን ፎቶኒክስ, የብርሃን ምልክቱ በዋነኝነት የሚጓዘው በሲሊኮን ውስጥ ነው, እሱም ቀጥተኛ ያልሆነ የባንድ ክፍተት 1.12 ኤሌክትሮን ቮልት (በ 1.1 ማይክሮን የሞገድ ርዝመት). ሲሊኮን በምድጃዎች ውስጥ በንጹህ ክሪስታሎች መልክ ይበቅላል እና ከዚያም ወደ ቫፈር ይቆርጣሉ, ይህም ዛሬ በተለምዶ 300 ሚሊ ሜትር ዲያሜትር ነው. የቫፈር ንጣፍ የሲሊካ ንብርብር ለመፍጠር ኦክሳይድ ነው. ከዋፋዎቹ አንዱ በሃይድሮጂን አተሞች በተወሰነ ጥልቀት ተጥሏል። ሁለቱ ዋፍሮች በቫኩም ውስጥ ይቀላቀላሉ እና የኦክሳይድ ንብርቦቻቸው እርስ በርስ ይያያዛሉ. ስብሰባው በሃይድሮጂን ion ተከላ መስመር ላይ ይቋረጣል. በስንጥቁ ላይ ያለው የሲሊኮን ንብርብር ይጸዳል፣ በመጨረሻም በሲሊኮን ንብርብር ላይ ባለው ያልተነካ የሲሊኮን “እጀታ” ዋይፈር ላይ አንድ ቀጭን የሲሊኮን ንብርብር ይተወዋል። Waveguides የሚፈጠሩት ከዚህ ቀጭን ክሪስታል ሽፋን ነው። እነዚህ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኢንሱሌተር (SOI) ዋፍሮች ዝቅተኛ ኪሳራ የሲሊኮን ፎቶኒክስ ሞገድ መመሪያዎችን ቢያደርጉም ፣በአነስተኛ ኃይል CMOS ወረዳዎች ውስጥ በአብዛኛው ጥቅም ላይ የሚውሉት በሚሰጡት ዝቅተኛ የውሃ ፍሰት ምክንያት ነው።

በስእል 2 ላይ እንደሚታየው በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኦፕቲካል ሞገዶች ብዙ ሊሆኑ የሚችሉ ቅርጾች አሉ። እነሱም ከማይክሮሚካል ጀርማኒየም-ዶፔድ ሲሊካ ሞገድ እስከ ናኖስኬል የሲሊኮን ዋየር ሞገድ ይደርሳሉ። germanium በማዋሃድ, ማድረግ ይቻላልፎቶ ጠቋሚዎችእና የኤሌክትሪክ መሳብሞዱላተሮች, እና ምናልባትም የኦፕቲካል ማጉያዎች እንኳን. ሲሊኮን በዶፒንግ ፣ አንኦፕቲካል ሞዱላተርማድረግ ይቻላል. ከታች ከግራ ወደ ቀኝ፡- የሲሊኮን ሽቦ ሞገድ፣ የሲሊኮን ኒትሪድ ሞገድ፣ የሲሊኮን ኦክሲኒትሪድ ሞገድ፣ ወፍራም የሲሊኮን ሪጅ ሞገድ፣ ቀጭን የሲሊኮን ናይትራይድ ሞገድ እና ዶፔድ የሲሊኮን ሞገድ። ከላይ፣ ከግራ ወደ ቀኝ፣ የመቀነስ ሞዱላተሮች፣ germanium photodetectors እና germanium ናቸውየጨረር ማጉያዎች.

ምስል 2፡ የተለመዱ የስርጭት ኪሳራዎችን እና የማጣቀሻ ኢንዴክሶችን የሚያሳይ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ የኦፕቲካል ሞገድ ተከታታይ ክፍል።