সিলিকন ফোটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

সিলিকন ফোটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

ফোটোনিক্সের সক্রিয় উপাদানগুলি বিশেষভাবে আলো এবং পদার্থের মধ্যে ইচ্ছাকৃতভাবে পরিকল্পিত গতিশীল মিথস্ক্রিয়াকে বোঝায়। ফোটোনিক্সের একটি সাধারণ সক্রিয় উপাদান হল একটি অপটিক্যাল মডুলেটর। সমস্ত বর্তমান সিলিকন-ভিত্তিকঅপটিক্যাল মডুলেটরপ্লাজমা মুক্ত বাহক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে। ডোপিং, বৈদ্যুতিক বা অপটিক্যাল পদ্ধতি ব্যবহার করে একটি সিলিকন উপাদানে মুক্ত ইলেকট্রন এবং গর্তের সংখ্যা পরিবর্তন করলে এর জটিল প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তন হতে পারে, যা সমীকরণ (1,2) তে দেখানো হয়েছে যা সোরেফ এবং বেনেট থেকে 1550 ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে তথ্য স্থাপন করে প্রাপ্ত। ইলেকট্রনের তুলনায়, গর্তগুলি বাস্তব এবং কাল্পনিক প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তনের একটি বৃহত্তর অনুপাত ঘটায়, অর্থাৎ, তারা একটি প্রদত্ত ক্ষতি পরিবর্তনের জন্য একটি বৃহত্তর পর্যায় পরিবর্তন তৈরি করতে পারে, তাইমাচ-জেহন্ডার মডুলেটরএবং রিং মডুলেটর, সাধারণত গর্ত ব্যবহার করে তৈরি করা পছন্দ করা হয়ফেজ মডুলেটর.

বিভিন্নসিলিকন (Si) মডুলেটরচিত্র ১০এ-তে প্রকারগুলি দেখানো হয়েছে। একটি ক্যারিয়ার ইনজেকশন মডুলেটরে, আলো একটি খুব প্রশস্ত পিন জংশনের মধ্যে অভ্যন্তরীণ সিলিকনে অবস্থিত থাকে এবং ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি ইনজেক্ট করা হয়। তবে, এই ধরনের মডুলেটরগুলি ধীর হয়, সাধারণত 500 MHz ব্যান্ডউইথ সহ, কারণ ইনজেকশনের পরে মুক্ত ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি পুনরায় একত্রিত হতে বেশি সময় নেয়। অতএব, এই কাঠামোটি প্রায়শই মডুলেটরের পরিবর্তে একটি পরিবর্তনশীল অপটিক্যাল অ্যাটেনুয়েটর (VOA) হিসাবে ব্যবহৃত হয়। একটি ক্যারিয়ার ডিপ্লেশন মডুলেটরে, আলোর অংশটি একটি সংকীর্ণ pn জংশনে অবস্থিত থাকে এবং pn জংশনের ডিপ্লেশন প্রস্থ একটি প্রয়োগিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা পরিবর্তিত হয়। এই মডুলেটরটি 50Gb/s এর বেশি গতিতে কাজ করতে পারে, তবে এর পটভূমি সন্নিবেশ ক্ষতি বেশি। সাধারণ vpil হল 2 V-cm। একটি ধাতব অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (MOS) (আসলে সেমিকন্ডাক্টর-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর) মডুলেটরে একটি pn জংশনে একটি পাতলা অক্সাইড স্তর থাকে। এটি কিছু বাহক সঞ্চয়ের পাশাপাশি বাহক হ্রাসের সুযোগ করে দেয়, যার ফলে VπL প্রায় 0.2 V-cm কম হয়, তবে এর অসুবিধা হল উচ্চতর অপটিক্যাল লস এবং প্রতি ইউনিট দৈর্ঘ্যে উচ্চতর ক্যাপাসিট্যান্স। এছাড়াও, SiGe (সিলিকন জার্মেনিয়াম অ্যালয়) ব্যান্ড এজ মুভমেন্টের উপর ভিত্তি করে SiGe বৈদ্যুতিক শোষণ মডুলেটর রয়েছে। এছাড়াও, এমন গ্রাফিন মডুলেটর রয়েছে যা শোষণকারী ধাতু এবং স্বচ্ছ ইনসুলেটরের মধ্যে স্যুইচ করার জন্য গ্রাফিনের উপর নির্ভর করে। এগুলি উচ্চ-গতির, কম-ক্ষতির অপটিক্যাল সিগন্যাল মড্যুলেশন অর্জনের জন্য বিভিন্ন প্রক্রিয়ার প্রয়োগের বৈচিত্র্য প্রদর্শন করে।

চিত্র ১০: (ক) বিভিন্ন সিলিকন-ভিত্তিক অপটিক্যাল মডুলেটর ডিজাইনের ক্রস-সেকশনাল ডায়াগ্রাম এবং (খ) অপটিক্যাল ডিটেক্টর ডিজাইনের ক্রস-সেকশনাল ডায়াগ্রাম।

চিত্র ১০খ-এ বেশ কিছু সিলিকন-ভিত্তিক আলোক আবিষ্কারক দেখানো হয়েছে। শোষণকারী উপাদান হল জার্মেনিয়াম (Ge)। Ge প্রায় ১.৬ মাইক্রন পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো শোষণ করতে সক্ষম। বাম দিকে বর্তমানে সবচেয়ে বাণিজ্যিকভাবে সফল পিন কাঠামো দেখানো হয়েছে। এটি P-টাইপ ডোপড সিলিকন দিয়ে তৈরি যার উপর Ge বৃদ্ধি পায়। Ge এবং Si-এর মধ্যে ৪% ল্যাটিস অমিল রয়েছে এবং স্থানচ্যুতি কমানোর জন্য, প্রথমে SiGe-এর একটি পাতলা স্তর বাফার স্তর হিসেবে জন্মানো হয়। Ge স্তরের উপরে N-টাইপ ডোপিং করা হয়। মাঝখানে একটি ধাতু-অর্ধপরিবাহী-ধাতু (MSM) ফটোডায়োড দেখানো হয়েছে এবং একটি APD (তুষারপাত ফটোডিটেক্টর) ডানদিকে দেখানো হয়েছে। APD-তে তুষারপাত অঞ্চলটি Si-তে অবস্থিত, যার শব্দের বৈশিষ্ট্য গ্রুপ III-V মৌলিক পদার্থের তুষারপাত অঞ্চলের তুলনায় কম।

বর্তমানে, সিলিকন ফোটোনিক্সের সাথে অপটিক্যাল লাভ একীভূত করার ক্ষেত্রে সুস্পষ্ট সুবিধার কোনও সমাধান নেই। চিত্র ১১ অ্যাসেম্বলি স্তর অনুসারে সংগঠিত বেশ কয়েকটি সম্ভাব্য বিকল্প দেখায়। একেবারে বাম দিকে একচেটিয়া ইন্টিগ্রেশন রয়েছে যার মধ্যে রয়েছে অপটিক্যাল লাভ উপাদান হিসাবে এপিট্যাক্সিয়ালি গ্রোয়ড জার্মেনিয়াম (Ge), এর্বিয়াম-ডোপড (Er) গ্লাস ওয়েভগাইড (যেমন Al2O3, যার জন্য অপটিক্যাল পাম্পিং প্রয়োজন), এবং এপিট্যাক্সিয়ালি গ্রোয়ড গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) কোয়ান্টাম ডট ব্যবহার। পরবর্তী কলামটি ওয়েফার থেকে ওয়েফার অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে III-V গ্রুপ লাভ অঞ্চলে অক্সাইড এবং জৈব বন্ধন জড়িত। পরবর্তী কলামটি চিপ-টু-ওয়েফার অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে III-V গ্রুপ চিপকে সিলিকন ওয়েফারের গহ্বরে এম্বেড করা এবং তারপর ওয়েভগাইড কাঠামোটি মেশিন করা জড়িত। এই প্রথম তিনটি কলাম পদ্ধতির সুবিধা হল যে কাটার আগে ডিভাইসটি ওয়েফারের ভিতরে সম্পূর্ণরূপে কার্যকরী পরীক্ষা করা যেতে পারে। ডানদিকের কলামটি চিপ-টু-চিপ অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে III-V গ্রুপ চিপের সাথে সিলিকন চিপগুলির সরাসরি সংযোগ, পাশাপাশি লেন্স এবং গ্রেটিং কাপলারের মাধ্যমে সংযোগ অন্তর্ভুক্ত। বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনের প্রবণতা চার্টের ডান দিক থেকে বাম দিকে আরও সমন্বিত এবং সমন্বিত সমাধানের দিকে এগিয়ে যাচ্ছে।

চিত্র ১১: সিলিকন-ভিত্তিক ফোটোনিক্সে অপটিক্যাল লাভ কীভাবে একীভূত হয়। আপনি বাম থেকে ডানে যাওয়ার সাথে সাথে, উৎপাদন সন্নিবেশ বিন্দু ধীরে ধীরে প্রক্রিয়াটিতে পিছনে সরে যায়।