ସିଲିକନ୍ ଫଟୋନିକ୍ସ ସକ୍ରିୟ ଉପାଦାନ

ସିଲିକନ୍ ଫଟୋନିକ୍ସ ସକ୍ରିୟ ଉପାଦାନ

ଫଟୋନିକ୍ସ ସକ୍ରିୟ ଉପାଦାନଗୁଡ଼ିକ ବିଶେଷ ଭାବରେ ଆଲୋକ ଏବଂ ବସ୍ତୁ ମଧ୍ୟରେ ଉଦ୍ଦେଶ୍ୟମୂଳକ ଭାବରେ ଡିଜାଇନ୍ କରାଯାଇଥିବା ଗତିଶୀଳ ପାରସ୍ପରିକ କ୍ରିୟାକୁ ବୁଝାଏ। ଫଟୋନିକ୍ସର ଏକ ସାଧାରଣ ସକ୍ରିୟ ଉପାଦାନ ହେଉଛି ଏକ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟର। ସମସ୍ତ ବର୍ତ୍ତମାନର ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତଅପ୍ଟିକାଲ୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟରଗୁଡ଼ିକପ୍ଲାଜମା ମୁକ୍ତ ବାହକ ପ୍ରଭାବ ଉପରେ ଆଧାରିତ। ଡୋପିଂ, ବୈଦ୍ୟୁତିକ କିମ୍ବା ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ପଦ୍ଧତି ଦ୍ୱାରା ଏକ ସିଲିକନ୍ ସାମଗ୍ରୀରେ ମୁକ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତ ସଂଖ୍ୟା ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବା ଦ୍ୱାରା ଏହାର ଜଟିଳ ପ୍ରତିସରଣ ସୂଚକାଙ୍କ ପରିବର୍ତ୍ତନ ହୋଇପାରେ, ଏହା ସମୀକରଣ (1,2) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଥିବା ଏକ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଯାହା 1550 ନାନୋମିଟର ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟରେ ସୋରେଫ୍ ଏବଂ ବେନେଟ୍ ରୁ ତଥ୍ୟ ଫିଟ୍ କରି ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଛି। ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ତୁଳନାରେ, ଗର୍ତ୍ତଗୁଡ଼ିକ ବାସ୍ତବ ଏବଂ କାଳ୍ପନିକ ପ୍ରତିସରଣ ସୂଚକାଙ୍କ ପରିବର୍ତ୍ତନର ଏକ ବୃହତ ଅନୁପାତ ସୃଷ୍ଟି କରେ, ଅର୍ଥାତ୍, ସେମାନେ ଏକ ପ୍ରଦତ୍ତ କ୍ଷତି ପରିବର୍ତ୍ତନ ପାଇଁ ଏକ ବୃହତ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପରିବର୍ତ୍ତନ ସୃଷ୍ଟି କରିପାରିବେ, ତେଣୁମାଚ୍-ଜେହଣ୍ଡର୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟର୍ଏବଂ ରିଙ୍ଗ ମଡ୍ୟୁଲେଟର, ସାଧାରଣତଃ ତିଆରି କରିବା ପାଇଁ ଗାତ ବ୍ୟବହାର କରିବାକୁ ପସନ୍ଦ କରାଯାଏପର୍ଯ୍ୟାୟ ମଡ୍ୟୁଲେଟରଗୁଡ଼ିକ.

ବିଭିନ୍ନସିଲିକନ୍ (Si) ମଡ୍ୟୁଲେଟର୍ପ୍ରକାରଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ର 10A ରେ ଦେଖାଯାଇଛି। ଏକ ବାହକ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ ମଡ୍ୟୁଲେଟରରେ, ଆଲୋକ ଏକ ବହୁତ ପ୍ରଶସ୍ତ ପିନ୍ ଜଙ୍କସନ ମଧ୍ୟରେ ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ସିଲିକନରେ ଅବସ୍ଥିତ, ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତଗୁଡ଼ିକୁ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ କରାଯାଏ। ତଥାପି, ଏପରି ମଡ୍ୟୁଲେଟରଗୁଡ଼ିକ ଧୀର, ସାଧାରଣତଃ 500 MHz ବ୍ୟାଣ୍ଡୱିଡଥ୍ ସହିତ, କାରଣ ମୁକ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତଗୁଡ଼ିକୁ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ ପରେ ପୁନଃମିଳନ କରିବାକୁ ଅଧିକ ସମୟ ଲାଗେ। ତେଣୁ, ଏହି ଗଠନକୁ ପ୍ରାୟତଃ ଏକ ମଡ୍ୟୁଲେଟର ପରିବର୍ତ୍ତେ ଏକ ପରିବର୍ତ୍ତନଶୀଳ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଆଟେନୁଏଟର୍ (VOA) ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ଏକ ବାହକ ଡିପ୍ଲେସନ୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟରରେ, ଆଲୋକ ଅଂଶ ଏକ ସଂକୀର୍ଣ୍ଣ pn ଜଙ୍କସନରେ ଅବସ୍ଥିତ, ଏବଂ pn ଜଙ୍କସନର ଡିପ୍ଲେସନ୍ ପ୍ରସ୍ଥ ଏକ ପ୍ରୟୋଗିତ ବୈଦ୍ୟୁତିକ କ୍ଷେତ୍ର ଦ୍ୱାରା ପରିବର୍ତ୍ତିତ ହୁଏ। ଏହି ମଡ୍ୟୁଲେଟର 50Gb/s ରୁ ଅଧିକ ବେଗରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିପାରିବ, କିନ୍ତୁ ଏହାର ପୃଷ୍ଠଭୂମି ପ୍ରବେଶ କ୍ଷତି ଅଧିକ। ସାଧାରଣ vpil ହେଉଛି 2 V-cm। ଏକ ଧାତୁ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର (MOS) (ପ୍ରକୃତରେ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର-ଅକ୍ସାଇଡ୍-ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର) ମଡ୍ୟୁଲେଟର ଏକ pn ଜଙ୍କସନରେ ଏକ ପତଳା ଅକ୍ସାଇଡ୍ ସ୍ତର ଧାରଣ କରେ। ଏହା କିଛି ବାହକ ସଂଗ୍ରହ ଏବଂ ବାହକ ହ୍ରାସକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ, ଯାହା ପ୍ରାୟ 0.2 V-cm ଛୋଟ VπL ଅନୁମତି ଦିଏ, କିନ୍ତୁ ପ୍ରତି ୟୁନିଟ୍ ଲମ୍ବରେ ଅଧିକ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ କ୍ଷତି ଏବଂ ଅଧିକ କ୍ୟାପାସିଟାନ୍ସର ଅସୁବିଧା ରହିଛି। ଏହା ସହିତ, SiGe (ସିଲିକନ୍ ଜର୍ମାନିୟମ୍ ମିଶ୍ର) ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଏଜ୍ ଗତି ଉପରେ ଆଧାରିତ SiGe ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଅବଶୋଷଣ ମଡ୍ୟୁଲେଟର ଅଛି। ଏହା ସହିତ, ଏପରି ଗ୍ରାଫିନ୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟର ଅଛି ଯାହା ଶୋଷକ ଧାତୁ ଏବଂ ସ୍ୱଚ୍ଛ ଇନସୁଲେଟର ମଧ୍ୟରେ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବା ପାଇଁ ଗ୍ରାଫିନ୍ ଉପରେ ନିର୍ଭର କରେ। ଏଗୁଡ଼ିକ ଉଚ୍ଚ-ଗତି, କମ୍-କ୍ଷତି ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ସିଗନାଲ୍ ମଡ୍ୟୁଲେସନ୍ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ବିଭିନ୍ନ ଯନ୍ତ୍ରପାତିର ପ୍ରୟୋଗର ବିବିଧତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ।

ଚିତ୍ର ୧୦: (କ) ବିଭିନ୍ନ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ମଡ୍ୟୁଲେଟର୍ ଡିଜାଇନ୍‌ର କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ ଡାଇଗ୍ରାମ୍ ଏବଂ (ଖ) ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଡିଟେକ୍ଟର୍ ଡିଜାଇନ୍‌ର କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ ଡାଇଗ୍ରାମ୍।

ଚିତ୍ର 10B ରେ ଅନେକ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ଆଲୋକ ଡିଟେକ୍ଟର ଦେଖାଯାଇଛି। ଶୋଷକ ସାମଗ୍ରୀ ହେଉଛି ଜର୍ମାନିୟମ୍ (Ge)। Ge ପ୍ରାୟ 1.6 ମାଇକ୍ରୋନ୍ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟରେ ଆଲୋକ ଶୋଷିତ କରିବାକୁ ସକ୍ଷମ। ବାମ ପାର୍ଶ୍ୱରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ଆଜିର ସବୁଠାରୁ ବାଣିଜ୍ୟିକ ଭାବରେ ସଫଳ ପିନ୍ ଗଠନ। ଏହା P-ପ୍ରକାର ଡୋପ୍ ସିଲିକନ୍ ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ ଯାହା ଉପରେ Ge ବଢ଼େ। Ge ଏବଂ Si ର 4% ଜାଲି ମିଶୁନାହିଁ, ଏବଂ ସ୍ଥାନଚ୍ୟୁତିକୁ କମ କରିବା ପାଇଁ, SiGe ର ଏକ ପତଳା ସ୍ତର ପ୍ରଥମେ ଏକ ବଫର ସ୍ତର ଭାବରେ ବଢ଼ିଥାଏ। Ge ସ୍ତରର ଉପରେ N-ପ୍ରକାର ଡୋପିଂ କରାଯାଏ। ମଝିରେ ଏକ ଧାତୁ-ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ-ଧାତୁ (MSM) ଫଟୋଡାୟୋଡ୍ ଦେଖାଯାଇଛି, ଏବଂ ଏକ APD (ହିମସ୍ଖଳନ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର) ଡାହାଣ ପାର୍ଶ୍ୱରେ ଦେଖାଯାଇଛି। APD ରେ ଥିବା ହିମସ୍ଖଳନ ଅଞ୍ଚଳ Si ରେ ଅବସ୍ଥିତ, ଯାହାର ଗୋଷ୍ଠୀ III-V ମୌଳିକ ସାମଗ୍ରୀରେ ହିମସ୍ଖଳନ କ୍ଷେତ୍ର ତୁଳନାରେ କମ୍ ଶବ୍ଦ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ରହିଛି।

ବର୍ତ୍ତମାନ, ସିଲିକନ୍ ଫଟୋନିକ୍ସ ସହିତ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଲାଭକୁ ସମନ୍ୱିତ କରିବାରେ ସ୍ପଷ୍ଟ ଲାଭ ସହିତ କୌଣସି ସମାଧାନ ନାହିଁ। ଚିତ୍ର 11 ଆସେମ୍ବଲି ସ୍ତର ଦ୍ୱାରା ସଂଗଠିତ ଅନେକ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ବିକଳ୍ପ ଦେଖାଏ। ବାମ ପାର୍ଶ୍ୱରେ ଏକକ ସମନ୍ୱୟ ଅଛି ଯେଉଁଥିରେ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଲାଭ ସାମଗ୍ରୀ ଭାବରେ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲି ବଢ଼ୁଥିବା ଜର୍ମାନିୟମ୍ (Ge) ବ୍ୟବହାର, ଏର୍ବିୟମ୍-ଡୋପ୍ଡ୍ (Er) ଗ୍ଲାସ୍ ୱେଭ୍ଗାଇଡ୍ (ଯେପରିକି Al2O3, ଯାହା ପାଇଁ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ପମ୍ପିଂ ଆବଶ୍ୟକ), ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲି ବଢ଼ୁଥିବା ଗାଲିୟମ୍ ଆର୍ସେନାଇଡ୍ (GaAs) କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ ଡଟ୍ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ପରବର୍ତ୍ତୀ ସ୍ତମ୍ଭ ହେଉଛି ୱାଫରରୁ ୱାଫର ଆସେମ୍ବଲି, ଯେଉଁଥିରେ III-V ଗ୍ରୁପ୍ ଲାଭ କ୍ଷେତ୍ରରେ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ଏବଂ ଜୈବିକ ବନ୍ଧନ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ପରବର୍ତ୍ତୀ ସ୍ତମ୍ଭ ହେଉଛି ଚିପ୍-ଟୁ-ୱାଫର ଆସେମ୍ବଲି, ଯେଉଁଥିରେ III-V ଗ୍ରୁପ୍ ଚିପ୍ କୁ ସିଲିକନ୍ ୱାଫରର ଗହ୍ବରରେ ଏମ୍ବେଡ୍ କରିବା ଏବଂ ତାପରେ ୱେଭ୍ଗାଇଡ୍ ଗଠନକୁ ମେସିନ୍ କରିବା ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ଏହି ପ୍ରଥମ ତିନୋଟି ସ୍ତମ୍ଭ ପଦ୍ଧତିର ସୁବିଧା ହେଉଛି ଯେ କାଟିବା ପୂର୍ବରୁ ଡିଭାଇସ୍ ୱେଫର ଭିତରେ ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ ପରୀକ୍ଷଣ କରାଯାଇପାରିବ। ଡାହାଣ ପାର୍ଶ୍ୱରେ ଥିବା ସ୍ତମ୍ଭ ହେଉଛି ଚିପ୍-ଟୁ-ଚିପ୍ ଆସେମ୍ବଲି, ଯେଉଁଥିରେ ସିଲିକନ୍ ଚିପ୍ସକୁ III-V ଗ୍ରୁପ୍ ଚିପ୍ସ ସହିତ ସିଧାସଳଖ ସଂଯୋଗ କରିବା, ଏବଂ ଲେନ୍ସ ଏବଂ ଗ୍ରେଟିଂ କପଲର୍ ମାଧ୍ୟମରେ ସଂଯୋଗ କରିବା ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ବାଣିଜ୍ୟିକ ପ୍ରୟୋଗ ପ୍ରତି ଧାରା ଚାର୍ଟର ଡାହାଣରୁ ବାମ ପାର୍ଶ୍ୱକୁ ଅଧିକ ସମନ୍ୱିତ ଏବଂ ସମନ୍ୱିତ ସମାଧାନ ଆଡ଼କୁ ଗତି କରୁଛି।

ଚିତ୍ର ୧୧: ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ଫଟୋନିକ୍ସରେ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଲାଭ କିପରି ସଂହତ ହୁଏ। ଆପଣ ବାମରୁ ଡାହାଣକୁ ଯିବା ସହିତ, ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରବେଶ ବିନ୍ଦୁ ଧୀରେ ଧୀରେ ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ ପଛକୁ ଘୁଞ୍ଚିଯାଏ।