সিলিকন ফোটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

সিলিকন ফোটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

ফোটোনিক্স সক্রিয় উপাদান বলতে বিশেষভাবে আলো এবং পদার্থের মধ্যে উদ্দেশ্যমূলকভাবে পরিকল্পিত গতিশীল মিথস্ক্রিয়াকে বোঝায়। ফোটোনিক্সের একটি সাধারণ সক্রিয় উপাদান হলো অপটিক্যাল মডুলেটর। বর্তমানের সমস্ত সিলিকন-ভিত্তিকঅপটিক্যাল মডুলেটরপ্লাজমা মুক্ত বাহক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে গঠিত। ডোপিং, বৈদ্যুতিক বা আলোকীয় পদ্ধতির মাধ্যমে একটি সিলিকন উপাদানে মুক্ত ইলেকট্রন এবং হোলের সংখ্যা পরিবর্তন করে এর জটিল প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তন করা যায়, এই প্রক্রিয়াটি ১৫৫০ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্যে সোরেফ এবং বেনেটের ডেটা ফিট করে প্রাপ্ত সমীকরণ (১,২)-এ দেখানো হয়েছে। ইলেকট্রনের তুলনায়, হোলগুলি বাস্তব এবং কাল্পনিক প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তনের একটি বৃহত্তর অংশ ঘটায়, অর্থাৎ, তারা একটি নির্দিষ্ট ক্ষয় পরিবর্তনের জন্য একটি বৃহত্তর দশা পরিবর্তন তৈরি করতে পারে, তাইম্যাক-জেহেন্ডার মডুলেটরএবং রিং মডুলেটরের ক্ষেত্রে, সাধারণত ছিদ্র ব্যবহার করে তৈরি করা পছন্দ করা হয়।ফেজ মডুলেটর.

বিভিন্নসিলিকন (Si) মডুলেটরপ্রকারভেদগুলো চিত্র 10A-তে দেখানো হয়েছে। একটি ক্যারিয়ার ইনজেকশন মডুলেটরে, আলো একটি খুব প্রশস্ত পিএন জংশনের মধ্যে ইন্ট্রিনসিক সিলিকনে অবস্থিত থাকে এবং ইলেকট্রন ও হোল ইনজেক্ট করা হয়। তবে, এই ধরনের মডুলেটরগুলো ধীরগতির হয়, সাধারণত এদের ব্যান্ডউইথ ৫০০ মেগাহার্টজ হয়, কারণ ইনজেকশনের পর মুক্ত ইলেকট্রন ও হোলের পুনঃসংযুক্ত হতে বেশি সময় লাগে। তাই, এই কাঠামোটি প্রায়শই মডুলেটরের পরিবর্তে একটি পরিবর্তনশীল অপটিক্যাল অ্যাটেনুয়েটর (VOA) হিসাবে ব্যবহৃত হয়। একটি ক্যারিয়ার ডিপ্লেশন মডুলেটরে, আলোর অংশটি একটি সংকীর্ণ পিএন জংশনে অবস্থিত থাকে এবং একটি প্রয়োগকৃত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা পিএন জংশনের ডিপ্লেশন প্রস্থ পরিবর্তন করা হয়। এই মডুলেটরটি ৫০ গিগাবিট/সেকেন্ডের বেশি গতিতে কাজ করতে পারে, কিন্তু এর ব্যাকগ্রাউন্ড ইনসারশন লস বেশি। এর সাধারণ ভিপিআইএল হলো ২ ভোল্ট-সেন্টিমিটার। একটি মেটাল অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (MOS) (আসলে সেমিকন্ডাক্টর-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর) মডুলেটরে একটি পিএন জংশনের মধ্যে একটি পাতলা অক্সাইড স্তর থাকে। এটি কিছু ক্যারিয়ার সঞ্চয় এবং ক্যারিয়ার হ্রাস উভয়কেই অনুমোদন করে, যার ফলে প্রায় ০.২ V-cm-এর একটি ছোট VπL পাওয়া যায়, কিন্তু এর অসুবিধা হলো উচ্চতর অপটিক্যাল লস এবং প্রতি একক দৈর্ঘ্যে উচ্চতর ক্যাপাসিট্যান্স। এছাড়াও, SiGe (সিলিকন জার্মেনিয়াম অ্যালয়) ব্যান্ড এজ মুভমেন্টের উপর ভিত্তি করে SiGe ইলেকট্রিক্যাল অ্যাবজর্পশন মডুলেটর রয়েছে। এর পাশাপাশি, গ্রাফিন মডুলেটরও রয়েছে যা শোষণকারী ধাতু এবং স্বচ্ছ অন্তরকের মধ্যে স্যুইচ করার জন্য গ্রাফিনের উপর নির্ভর করে। এগুলো উচ্চ-গতিসম্পন্ন, স্বল্প-লস অপটিক্যাল সিগন্যাল মডুলেশন অর্জনের জন্য বিভিন্ন পদ্ধতির প্রয়োগের বৈচিত্র্য প্রদর্শন করে।

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

চিত্র 10B-তে বেশ কয়েকটি সিলিকন-ভিত্তিক আলোক ডিটেক্টর দেখানো হয়েছে। শোষক উপাদানটি হলো জার্মেনিয়াম (Ge)। Ge প্রায় ১.৬ মাইক্রন পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করতে সক্ষম। বাম দিকে বর্তমানে বাণিজ্যিকভাবে সবচেয়ে সফল পিন কাঠামোটি দেখানো হয়েছে। এটি পি-টাইপ ডোপড সিলিকন দ্বারা গঠিত, যার উপর Ge বৃদ্ধি পায়। Ge এবং Si-এর মধ্যে ৪% ল্যাটিস মিসম্যাচ রয়েছে, এবং ডিসলোকেশন কমানোর জন্য, প্রথমে একটি বাফার স্তর হিসাবে SiGe-এর একটি পাতলা স্তর তৈরি করা হয়। Ge স্তরের উপরে এন-টাইপ ডোপিং করা হয়। মাঝখানে একটি মেটাল-সেমিকন্ডাক্টর-মেটাল (MSM) ফটোডায়োড এবং একটি APD (তুষারধস ফটোডিটেক্টরডানদিকে দেখানো হয়েছে। APD-তে অ্যাভাল্যাঞ্চ অঞ্চলটি Si-তে অবস্থিত, যার নয়েজ বৈশিষ্ট্য গ্রুপ III-V মৌলগুলোর অ্যাভাল্যাঞ্চ অঞ্চলের তুলনায় কম।

বর্তমানে, সিলিকন ফোটোনিক্সের সাথে অপটিক্যাল গেইন সমন্বিত করার ক্ষেত্রে সুস্পষ্ট সুবিধাসহ কোনো সমাধান নেই। চিত্র ১১-তে অ্যাসেম্বলি স্তর অনুসারে সাজানো কয়েকটি সম্ভাব্য বিকল্প দেখানো হয়েছে। একেবারে বাম দিকে রয়েছে মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশন, যার মধ্যে অপটিক্যাল গেইন উপাদান হিসেবে এপিট্যাক্সিয়ালি গ্রোন জার্মেনিয়াম (Ge), আরবিয়াম-ডোপড (Er) গ্লাস ওয়েভগাইড (যেমন Al2O3, যার জন্য অপটিক্যাল পাম্পিং প্রয়োজন) এবং এপিট্যাক্সিয়ালি গ্রোন গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) কোয়ান্টাম ডটের ব্যবহার অন্তর্ভুক্ত। পরবর্তী কলামটি হলো ওয়েফার-টু-ওয়েফার অ্যাসেম্বলি, যেখানে III-V গ্রুপ গেইন অঞ্চলে অক্সাইড এবং অর্গানিক বন্ডিং জড়িত। তার পরের কলামটি হলো চিপ-টু-ওয়েফার অ্যাসেম্বলি, যেখানে III-V গ্রুপ চিপটিকে সিলিকন ওয়েফারের ক্যাভিটিতে স্থাপন করা হয় এবং তারপর ওয়েভগাইড কাঠামোটি মেশিনিং করা হয়। এই প্রথম তিনটি কলামের পদ্ধতির সুবিধা হলো, কাটার আগে ওয়েফারের ভিতরেই ডিভাইসটির সম্পূর্ণ কার্যকারিতা পরীক্ষা করা যায়। একেবারে ডানদিকের কলামটি হলো চিপ-টু-চিপ অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে সিলিকন চিপের সাথে III-V গ্রুপ চিপের সরাসরি কাপলিং, সেইসাথে লেন্স এবং গ্রেটিং কাপলারের মাধ্যমে কাপলিং অন্তর্ভুক্ত। বাণিজ্যিক প্রয়োগের প্রবণতা চার্টের ডান দিক থেকে বাম দিকে, আরও সমন্বিত ও সংহত সমাধানের দিকে সরে যাচ্ছে।

চিত্র ১১: সিলিকন-ভিত্তিক ফোটোনিক্সে কীভাবে অপটিক্যাল গেইন সমন্বিত করা হয়। আপনি বাম থেকে ডানে যাওয়ার সাথে সাথে, উৎপাদন সন্নিবেশ বিন্দুটি প্রক্রিয়ায় ক্রমান্বয়ে পেছনের দিকে সরে যায়।