የሲሊኮን ፎቶኒክስ ንቁ ንጥረ ነገር

የሲሊኮን ፎቶኒክስ ንቁ ንጥረ ነገር

የፎቶኒክስ አክቲቭ አካላት በተለይ በብርሃን እና በቁስ መካከል ሆን ተብሎ የተነደፉ ተለዋዋጭ ግንኙነቶችን ያመለክታሉ። የፎቶኒክስ ዓይነተኛ ንቁ አካል የኦፕቲካል ሞዱላተር ነው። በአሁኑ ጊዜ ሁሉም በሲሊኮን ላይ የተመሰረተኦፕቲካል ሞዱላተሮችበፕላዝማ ነፃ ተሸካሚ ውጤት ላይ የተመሰረቱ ናቸው. የነፃ ኤሌክትሮኖችን እና የሲሊኮን ቁስን በዶፒንግ ፣ በኤሌክትሪክ ወይም በኦፕቲካል ዘዴዎች መለወጥ ውስብስብ የማጣቀሻ ኢንዴክስን ሊለውጥ ይችላል ፣ ይህ ሂደት በ 1550 ናኖሜትር የሞገድ ርዝመት ከሶሬፍ እና ቤኔት መረጃን በመገጣጠም የተገኘ ቀመር (1,2) . ከኤሌክትሮኖች ጋር ሲነፃፀሩ ጉድጓዶች ከእውነተኛ እና ምናባዊ የማጣቀሻ ኢንዴክስ ለውጦች ከፍተኛ መጠን ያስከትላሉ ፣ ማለትም ፣ ለተወሰነ ኪሳራ ለውጥ ትልቅ የደረጃ ለውጥ ማምጣት ይችላሉ ፣ ስለሆነም በየማች-ዘህንደር ሞዱላተሮችእና ቀለበት ሞዱላተሮች ብዙውን ጊዜ ቀዳዳዎችን ለመሥራት ቀዳዳዎችን መጠቀም ይመረጣልደረጃ ሞዱላተሮች.

የተለያዩየሲሊኮን (ሲ) ሞዱተርዓይነቶች በስእል 10A ውስጥ ይታያሉ. በአገልግሎት አቅራቢ መርፌ ሞዱላተር ውስጥ ብርሃን በሲሊኮን ውስጥ በጣም ሰፊ በሆነ የፒን መገናኛ ውስጥ ይገኛል እና ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ይከተላሉ። ነገር ግን፣ እንደዚህ አይነት ሞዱላተሮች ቀርፋፋ ናቸው፣በተለምዶ የመተላለፊያ ይዘት 500 ሜኸር ነው፣ ምክንያቱም ነፃ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች መርፌ ከተከተቡ በኋላ እንደገና ለመዋሃድ ረዘም ያለ ጊዜ ስለሚወስዱ ነው። ስለዚህ, ይህ መዋቅር ብዙውን ጊዜ እንደ ሞጁል ሳይሆን እንደ ተለዋዋጭ የኦፕቲካል አቴንስ (ቪኦኤ) ጥቅም ላይ ይውላል. በድምጸ ተያያዥ ሞደም ማሟያ ሞዱላተር ውስጥ የብርሃን ክፍል በጠባብ pn መስቀለኛ መንገድ ውስጥ የሚገኝ ሲሆን የ pn መስቀለኛ መንገድ መሟጠጥ በተተገበረ የኤሌክትሪክ መስክ ይለወጣል. ይህ ሞዱላተር ከ50Gb/ሰ በላይ በሆነ ፍጥነት መስራት ይችላል፣ነገር ግን ከፍተኛ የጀርባ ማስገባት ኪሳራ አለው። የተለመደው ቪፒል 2 ቪ-ሴሜ ነው. የብረት ኦክሳይድ ሴሚኮንዳክተር (MOS) (በእውነቱ ሴሚኮንዳክተር-ኦክሳይድ-ሴሚኮንዳክተር) ሞዱሌተር በ pn መገናኛ ውስጥ ቀጭን ኦክሳይድ ንብርብር ይይዛል። አንዳንድ ድምጸ ተያያዥ ሞደም እንዲከማች እና ድምጸ ተያያዥ ሞደም መሟጠጥን ያስችላል፣ ይህም አነስተኛ VπL ወደ 0.2 ቪ-ሴ.ሜ እንዲደርስ ያስችላል፣ ነገር ግን ከፍተኛ የኦፕቲካል ኪሳራዎች እና በአንድ ክፍል ርዝመት ከፍተኛ አቅም ያለው ጉዳቱ አለው። በተጨማሪም, በ SiGe (የሲሊኮን ጀርመኒየም ቅይጥ) ባንድ ጠርዝ እንቅስቃሴ ላይ የተመሰረቱ የ SiGe ኤሌክትሪክ መሳብ ሞጁሎች አሉ. በተጨማሪም፣ ብረቶችን በመምጠጥ እና ግልጽ በሆነ ኢንሱሌተሮች መካከል ለመቀያየር በግራፊን ላይ የተመሰረቱ የግራፍ ሞዱላተሮች አሉ። እነዚህ ከፍተኛ ፍጥነት እና ዝቅተኛ ኪሳራ የኦፕቲካል ሲግናል ሞዲዩሽን ለማግኘት የተለያዩ ስልቶችን አፕሊኬሽኖች ልዩነት ያሳያሉ።

ምስል 10፡ (ሀ) የተለያዩ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኦፕቲካል ሞዱላተር ዲዛይኖች እና (ለ) የኦፕቲካል ማወቂያ ንድፎች ተሻጋሪ ዲያግራም።

በርካታ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የብርሃን ጠቋሚዎች በስእል 10 ለ ይታያሉ. የሚስብ ቁሳቁስ germanium (ጂ) ነው። Ge ብርሃንን ወደ 1.6 ማይክሮን በሚወርድ የሞገድ ርዝመት ለመምጠጥ ይችላል። በግራ በኩል የሚታየው ዛሬ በጣም በንግድ የተሳካው የፒን መዋቅር ነው። ጂ የሚያበቅልበት ፒ-አይነት ዶፔድ ሲሊከን ነው። Ge እና Si 4% የላቲስ አለመመጣጠን አላቸው፣ እና መቆራረጡን ለመቀነስ፣ አንድ ቀጭን የሲጂ ንብርብር መጀመሪያ እንደ ቋት ንብርብር ይበቅላል። የኤን-አይነት ዶፒንግ በጂ ንብርብር አናት ላይ ይከናወናል። የብረት-ሴሚኮንዳክተር-ሜታል (ኤም.ኤም.ኤም.) ፎቶዲዮድ በመሃሉ ላይ ይታያል, እና ኤ.ፒ.ዲ.አቫላንቼ Photodetector) በቀኝ በኩል ይታያል. በኤፒዲ ውስጥ ያለው የበረዶ መንሸራተቻ ክልል በሲ ውስጥ ይገኛል, ይህም በቡድን III-V ኤሌሜንታሪ ቁሳቁሶች ውስጥ ካለው የበረዶ ክልል ጋር ሲነፃፀር ዝቅተኛ የድምፅ ባህሪያት አለው.

በአሁኑ ጊዜ የኦፕቲካል ጥቅምን ከሲሊኮን ፎቶኒክስ ጋር በማዋሃድ ግልጽ የሆኑ ጥቅሞች ያሉት መፍትሄዎች የሉም. ምስል 11 በስብሰባ ደረጃ የተደራጁ ሊሆኑ የሚችሉ አማራጮችን ያሳያል። በግራ በኩል ያለው ሞኖሊቲክ ውህደቶች ኤፒታክሲያል ያደገው ጀርመኒየም (ጂ) እንደ ኦፕቲካል ጥቅም ቁሳቁስ፣ erbium-doped (ኤር) የብርጭቆ ሞገዶች (እንደ አል2O3፣ የጨረር ፓምፕ የሚያስፈልገው) እና ኤፒታክሲያል ያደገ ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs) ናቸው። ) የኳንተም ነጥቦች. የሚቀጥለው አምድ በ III-V ቡድን ትርፍ ክልል ውስጥ ኦክሳይድ እና ኦርጋኒክ ትስስርን የሚያካትት የዋፈር ወደ ዋፈር ስብሰባ ነው። ቀጣዩ ዓምድ ከቺፕ-ወደ-ዋፈር ስብሰባ ሲሆን ይህም የ III-V ቡድን ቺፑን በሲሊኮን ዋፈር ጉድጓድ ውስጥ መክተት እና ከዚያም የሞገድ መመሪያውን ማቀናበርን ያካትታል። የዚህ የመጀመሪያዎቹ ሶስት ዓምዶች ጥቅማጥቅሞች መሳሪያው ከመቁረጥ በፊት ሙሉ በሙሉ በቫፈር ውስጥ መሞከር ነው. የቀኝ-በጣም ዓምድ ከቺፕ-ወደ-ቺፕ መገጣጠሚያ ነው፣የሲሊኮን ቺፖችን ከ III-V ቡድን ቺፖች ጋር በቀጥታ ማገናኘት፣እንዲሁም በሌንስ እና በግሬቲንግ ጥንዶች በኩል ማጣመርን ያካትታል። የንግድ አፕሊኬሽኖች አዝማሚያ ከቀኝ ወደ ግራ የገበታው ጎን ወደ የተዋሃዱ እና የተቀናጁ መፍትሄዎች እየሄደ ነው።

ምስል 11፡ የኦፕቲካል ፋይዳ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ፎቶኒክስ እንዴት እንደሚዋሃድ። ከግራ ወደ ቀኝ ሲንቀሳቀሱ የማምረቻ ማስገቢያ ነጥብ ቀስ በቀስ ወደ ሂደቱ ይመለሳል.