የሲሊኮን ፎተኒክስ አክቲቭ ኤለመንት

የሲሊኮን ፎተኒክስ አክቲቭ ኤለመንት

የፎቶኒክስ አክቲቭ ክፍሎች በተለይ በብርሃን እና ቁስ መካከል ሆን ተብሎ የተነደፉ ተለዋዋጭ መስተጋብሮችን ያመለክታሉ። የፎቶኒክስ የተለመደ አክቲቭ አካል የኦፕቲካል ሞዱለር ነው። ሁሉም የአሁኑ ሲሊከን-ተኮርየኦፕቲካል ሞዱለተሮችበፕላዝማ ነፃ ተሸካሚ ውጤት ላይ የተመሰረቱ ናቸው። በዶፒንግ፣ በኤሌክትሪክ ወይም በኦፕቲካል ዘዴዎች በሲሊኮን ቁሳቁስ ውስጥ ያሉትን ነፃ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ብዛት መለወጥ ውስብስብ የሆነውን የማጣቀሻ ኢንዴክስ ሊለውጠው ይችላል፣ ይህም ከሶሬፍ እና ቤኔት በ1550 ናኖሜትር የሞገድ ርዝመት ባለው የሞገድ ርዝመት የተገኘውን መረጃ በመገጣጠም የተገኘውን እኩልታዎች (1,2) ውስጥ የሚታየው ሂደት ነው። ከኤሌክትሮኖች ጋር ሲነፃፀሩ፣ ቀዳዳዎች ከፍተኛ መጠን ያለው እውነተኛ እና ምናባዊ የማጣቀሻ ኢንዴክስ ለውጦችን ያስከትላሉ፣ ማለትም፣ ለተሰጠው የኪሳራ ለውጥ ትልቅ የደረጃ ለውጥ ሊያመጡ ይችላሉ፣ ስለዚህ በየማክ-ዜህንድ ሞዱለተሮችእና የቀለበት ሞዱላተሮች፣ አብዛኛውን ጊዜ ቀዳዳዎችን ለመሥራት መጠቀም ይመረጣልየደረጃ ሞዱለተሮች.

የተለያዩሲሊከን (ሲ) ሞዱለርዓይነቶች በስእል 10A ይታያሉ። በተንቀሳቃሽ መርፌ ሞዱለር ውስጥ፣ ብርሃን በጣም ሰፊ በሆነ የፒን መጋጠሚያ ውስጥ ባለው ውስጣዊ ሲሊከን ውስጥ የሚገኝ ሲሆን ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ይወጋሉ። ሆኖም፣ እንደዚህ ያሉ ሞዱላተሮች ቀርፋፋ ናቸው፣ በተለምዶ 500 ሜኸዝ ባንድዊድዝ አላቸው፣ ምክንያቱም ነፃ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ከመርፌ በኋላ እንደገና ለመዋሃድ ረዘም ያለ ጊዜ ይወስዳሉ። ስለዚህ፣ ይህ መዋቅር ብዙውን ጊዜ እንደ ሞዱላተር ሳይሆን እንደ ተለዋዋጭ የኦፕቲካል አቴኑተር (VOA) ሆኖ ያገለግላል። በተንቀሳቃሽ መሟሟት ሞዱላር ውስጥ፣ የብርሃን ክፍሉ በጠባብ pn መጋጠሚያ ውስጥ የሚገኝ ሲሆን የ pn መጋጠሚያ የመሟሟት ስፋት በተተገበረ የኤሌክትሪክ መስክ ይቀየራል። ይህ ሞዱላተር ከ 50Gb/s በላይ በሆነ ፍጥነት ሊሠራ ይችላል፣ ነገር ግን ከፍተኛ የጀርባ ማስገቢያ ኪሳራ አለው። የተለመደው vpil 2 V-cm ነው። የብረት ኦክሳይድ ሴሚኮንዳክተር (MOS) (በእርግጥ ሴሚኮንዳክተር-ኦክሳይድ-ሴሚኮንዳክተር) ሞዱላተር በ pn መጋጠሚያ ውስጥ ቀጭን ኦክሳይድ ንብርብር ይዟል። አንዳንድ የተሸካሚ ​​ክምችት እንዲሁም የተሸካሚ ​​መሟጠጥን ያስችላል፣ ይህም ወደ 0.2 V-ሴ.ሜ የሚጠጋ VπL እንዲኖር ያስችላል፣ ነገር ግን ከፍተኛ የኦፕቲካል ኪሳራዎች እና በአንድ አሃድ ርዝመት ከፍተኛ አቅም የመፍጠር ጉዳቱ አለው። በተጨማሪም፣ በSiGe (ሲሊከን ጀርማኒየም ቅይጥ) ባንድ ጠርዝ እንቅስቃሴ ላይ የተመሰረቱ የSiGe የኤሌክትሪክ መምጠጥ ሞዱለሮች አሉ። በተጨማሪም፣ በሚስቡ ብረቶች እና ግልጽ በሆኑ ኢንሱለተሮች መካከል ለመቀያየር በgraphene ላይ የሚመሰረቱ የgraphene ሞዱለተሮች አሉ። እነዚህ ከፍተኛ ፍጥነት ያለው፣ ዝቅተኛ ኪሳራ ያለው የኦፕቲካል ሲግናል ሞዱሌሽን ለማሳካት የተለያዩ ዘዴዎችን የተለያዩ አተገባበሮችን ያሳያሉ።

ምስል 10፡ (ሀ) የተለያዩ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኦፕቲካል ሞዱለር ዲዛይኖች የመስቀል-ክፍል ዲያግራም እና (ለ) የኦፕቲካል ዲቴክተር ዲዛይኖች የመስቀል-ክፍል ዲያግራም።

በርካታ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የብርሃን መመርመሪያዎች በምስል 10ለ ላይ ይታያሉ። የሚስበው ቁሳቁስ ጀርማኒየም (Ge) ነው። Ge እስከ 1.6 ማይክሮን በሚደርስ የሞገድ ርዝመት ብርሃንን መምጠጥ ይችላል። በግራ በኩል የሚታየው ዛሬ በንግድ ረገድ በጣም ስኬታማ የሆነው የፒን መዋቅር ነው። Ge የሚያድግበት የP-አይነት ዶፔድ ሲሊከን ነው። Ge እና Si 4% የላቲስ አለመመጣጠን አላቸው፣ እና መቆራረጡን ለመቀነስ፣ ቀጭን የSiGe ንብርብር መጀመሪያ እንደ ቋት ንብርብር ይበቅላል። N-አይነት ዶፒንግ በGe ንብርብር አናት ላይ ይከናወናል። በመሃል ላይ የብረት-ሴሚኮንዳክተር-ሜታል (MSM) ፎቶዲዮድ ይታያል፣ እና APD (የበረዶ ግግር ፎቶዲቴክተር) በቀኝ በኩል ይታያል። በAPD ውስጥ ያለው የአቫላንቼ ክልል በሲ ውስጥ የሚገኝ ሲሆን በቡድን III-V ኤለመንታል ቁሶች ውስጥ ካለው የአቫላንቼ ክልል ጋር ሲነጻጸር ዝቅተኛ የድምፅ ባህሪያት አሉት።

በአሁኑ ጊዜ፣ የኦፕቲካል ጌይንን ከሲሊኮን ፎተኒክስ ጋር በማዋሃድ ግልጽ ጥቅሞች ያሉት ምንም መፍትሄዎች የሉም። ምስል 11 በመገጣጠም ደረጃ የተደራጁ በርካታ ሊሆኑ የሚችሉ አማራጮችን ያሳያል። በግራ በኩል ኤፒታክሲያል ጀርማኒየም (Ge) እንደ ኦፕቲካል ጌይን ቁሳቁስ፣ ኤርቢየም-ዶፔድ (Er) የመስታወት ሞገድ መመሪያዎች (እንደ Al2O3 ያሉ፣ የኦፕቲካል ፓምፕ የሚፈልግ) እና ኤፒታክሲያል ግሬሊየም አርሴናይድ (GaAs) ኳንተም ነጥቦችን መጠቀምን የሚያካትቱ ሞኖሊቲክ ውህዶች አሉ። የሚቀጥለው አምድ ዋፈር እስከ ዋፈር ስብሰባ ሲሆን በ III-V ቡድን ጌይን ክልል ውስጥ ኦክሳይድ እና ኦርጋኒክ ትስስርን ያካትታል። የሚቀጥለው አምድ ቺፕ-ወደ-ዋፈር ስብሰባ ሲሆን ይህም የ III-V ቡድን ቺፕን በሲሊኮን ዋፈር ክፍተት ውስጥ ማስገባት እና ከዚያም የሞገድ መሪውን መዋቅር ማቀነባበርን ያካትታል። የዚህ የመጀመሪያዎቹ ሶስት አምድ አቀራረብ ጥቅም መሳሪያው ከመቁረጥዎ በፊት በዋፈር ውስጥ ሙሉ በሙሉ ተግባራዊ ሊሆን የሚችል መሆኑ ነው። በቀኝ በኩል ያለው አምድ ቺፕ-ወደ-ቺፕ ስብሰባ ሲሆን የሲሊኮን ቺፖችን ከ III-V ቡድን ቺፖች ጋር በቀጥታ ማያያዝን እንዲሁም በሌንስ እና በፍርግርግ ማያያዣዎች በኩል ማያያዝን ያካትታል። የንግድ አፕሊኬሽኖችን የመጠቀም አዝማሚያ ከገበታው ቀኝ ወደ ግራ በኩል ወደ ይበልጥ የተዋሃዱ እና የተዋሃዱ መፍትሄዎች እየተሸጋገረ ነው።

ምስል 11፡ የኦፕቲካል ትርፍ በሲሊኮን ላይ በተመሰረቱ ፎተኒኮኖች ውስጥ እንዴት እንደሚዋሃድ። ከግራ ወደ ቀኝ ሲንቀሳቀሱ የማኑፋክቸሪንግ ማስገቢያ ነጥብ ቀስ በቀስ ወደ ሂደቱ ይመለሳል።