সিলিকন ফটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

সিলিকন ফটোনিক্স সক্রিয় উপাদান

ফটোনিক্স সক্রিয় উপাদানগুলি আলো এবং পদার্থের মধ্যে ইচ্ছাকৃতভাবে ডিজাইন করা গতিশীল মিথস্ক্রিয়াকে বিশেষভাবে উল্লেখ করে। ফটোনিক্সের একটি সাধারণ সক্রিয় উপাদান হল একটি অপটিক্যাল মডুলেটর। সমস্ত বর্তমান সিলিকন-ভিত্তিকঅপটিক্যাল মডুলেটরপ্লাজমা মুক্ত ক্যারিয়ার প্রভাব উপর ভিত্তি করে. ডোপিং, বৈদ্যুতিক বা অপটিক্যাল পদ্ধতির মাধ্যমে একটি সিলিকন উপাদানে মুক্ত ইলেক্ট্রন এবং গর্তের সংখ্যা পরিবর্তন করা তার জটিল প্রতিসরণ সূচক পরিবর্তন করতে পারে, একটি প্রক্রিয়া যা 1550 ন্যানোমিটারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যে সোরেফ এবং বেনেট থেকে ডেটা ফিটিং করে প্রাপ্ত সমীকরণে (1,2) দেখানো হয়েছে। . ইলেকট্রনের সাথে তুলনা করে, গর্ত বাস্তব এবং কাল্পনিক প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তনের একটি বৃহত্তর অনুপাত ঘটায়, অর্থাৎ, তারা প্রদত্ত ক্ষতির পরিবর্তনের জন্য একটি বৃহত্তর পর্যায় পরিবর্তন আনতে পারে, তাইMach-Zehnder modulatorsএবং রিং মডুলেটর, এটি সাধারণত গর্ত ব্যবহার করতে পছন্দ করা হয়ফেজ modulators.

বিভিন্নসিলিকন (Si) মডুলেটরধরনগুলি চিত্র 10A এ দেখানো হয়েছে। একটি ক্যারিয়ার ইনজেকশন মডুলেটরে, আলো একটি খুব প্রশস্ত পিন সংযোগের মধ্যে অভ্যন্তরীণ সিলিকনে অবস্থিত এবং ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি ইনজেকশন করা হয়। যাইহোক, এই ধরনের মডুলেটরগুলি ধীর হয়, সাধারণত 500 MHz ব্যান্ডউইথ সহ, কারণ মুক্ত ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি ইনজেকশনের পরে পুনরায় সংযুক্ত হতে বেশি সময় নেয়। অতএব, এই কাঠামোটি প্রায়শই একটি মডুলেটরের পরিবর্তে একটি পরিবর্তনশীল অপটিক্যাল অ্যাটেনুয়েটর (VOA) হিসাবে ব্যবহৃত হয়। একটি ক্যারিয়ার অবক্ষয় মডুলেটরে, আলোর অংশটি একটি সংকীর্ণ পিএন জংশনে অবস্থিত এবং পিএন জংশনের হ্রাস প্রস্থ একটি প্রয়োগ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা পরিবর্তিত হয়। এই মডুলেটরটি 50Gb/s এর বেশি গতিতে কাজ করতে পারে, তবে একটি উচ্চ ব্যাকগ্রাউন্ড সন্নিবেশের ক্ষতি রয়েছে। সাধারণ ভিপিল 2 V-সেমি। একটি ধাতব অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (MOS) (আসলে সেমিকন্ডাক্টর-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর) মডুলেটর একটি পিএন জংশনে একটি পাতলা অক্সাইড স্তর ধারণ করে। এটি কিছু বাহক সঞ্চয়ের পাশাপাশি বাহক হ্রাসের অনুমতি দেয়, প্রায় 0.2 V-সেমি ছোট VπL অনুমতি দেয়, তবে প্রতি ইউনিট দৈর্ঘ্যের উচ্চতর অপটিক্যাল ক্ষতি এবং উচ্চ ক্যাপাসিট্যান্সের অসুবিধা রয়েছে। এছাড়াও, SiGe (সিলিকন জার্মেনিয়াম অ্যালয়) ব্যান্ড এজ মুভমেন্টের উপর ভিত্তি করে SiGe বৈদ্যুতিক শোষণ মডুলেটর রয়েছে। এছাড়াও, গ্রাফিন মডুলেটর রয়েছে যা শোষণকারী ধাতু এবং স্বচ্ছ অন্তরকের মধ্যে স্যুইচ করতে গ্রাফিনের উপর নির্ভর করে। এগুলি উচ্চ-গতি, কম-ক্ষতি অপটিক্যাল সংকেত মড্যুলেশন অর্জনের জন্য বিভিন্ন প্রক্রিয়ার প্রয়োগের বৈচিত্র্য প্রদর্শন করে।

চিত্র 10: (A) বিভিন্ন সিলিকন-ভিত্তিক অপটিক্যাল মডুলেটর ডিজাইনের ক্রস-সেকশনাল ডায়াগ্রাম এবং (B) অপটিক্যাল ডিটেক্টর ডিজাইনের ক্রস-সেকশনাল ডায়াগ্রাম।

বেশ কয়েকটি সিলিকন-ভিত্তিক আলো আবিষ্কারক চিত্র 10B-এ দেখানো হয়েছে। শোষণকারী উপাদান হল জার্মেনিয়াম (Ge)। Ge প্রায় 1.6 মাইক্রন পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো শোষণ করতে সক্ষম। বাম দিকে দেখানো হয়েছে আজকের সবচেয়ে বাণিজ্যিকভাবে সফল পিন কাঠামো। এটি পি-টাইপ ডোপড সিলিকন দ্বারা গঠিত যার উপর Ge বৃদ্ধি পায়। Ge এবং Si এর মধ্যে 4% জালির অমিল রয়েছে এবং স্থানচ্যুতি কমানোর জন্য, SiGe-এর একটি পাতলা স্তর প্রথমে বাফার স্তর হিসাবে জন্মানো হয়। এন-টাইপ ডোপিং জি লেয়ারের উপরে সঞ্চালিত হয়। একটি মেটাল-সেমিকন্ডাক্টর-মেটাল (MSM) ফটোডিওড মাঝখানে দেখানো হয়েছে এবং একটি APD (তুষারপাত ফটোডিটেক্টর) ডানদিকে দেখানো হয়েছে। APD-এর তুষারপাত অঞ্চলটি Si তে অবস্থিত, যেটি গ্রুপ III-V মৌলিক পদার্থের তুষারপাত অঞ্চলের তুলনায় কম শব্দের বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

বর্তমানে, সিলিকন ফোটোনিক্সের সাথে অপটিক্যাল লাভ একত্রিত করার সুস্পষ্ট সুবিধার সাথে কোন সমাধান নেই। চিত্র 11 সমাবেশ স্তর দ্বারা সংগঠিত বিভিন্ন সম্ভাব্য বিকল্প দেখায়। একেবারে বাম দিকে একশিলা সংহতকরণ রয়েছে যার মধ্যে রয়েছে অপটিক্যাল লাভ উপাদান হিসাবে এপিটাক্সালি গ্রোন জার্মেনিয়াম (Ge) ব্যবহার, এর্বিয়াম-ডোপড (Er) গ্লাস ওয়েভগাইড (যেমন Al2O3, যার জন্য অপটিক্যাল পাম্পিং প্রয়োজন), এবং এপিটাক্সালি বর্ধিত গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) ) কোয়ান্টাম বিন্দু। পরবর্তী কলামটি ওয়েফার থেকে ওয়েফার সমাবেশ, III-V গ্রুপ লাভ অঞ্চলে অক্সাইড এবং জৈব বন্ধন জড়িত। পরবর্তী কলাম হল চিপ-টু-ওয়েফার অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে III-V গ্রুপের চিপকে সিলিকন ওয়েফারের গহ্বরে এম্বেড করা এবং তারপর ওয়েভগাইড স্ট্রাকচার মেশিন করা। এই প্রথম তিনটি কলাম পদ্ধতির সুবিধা হল যে ডিভাইসটি কাটার আগে ওয়েফারের ভিতরে সম্পূর্ণরূপে কার্যকরী পরীক্ষা করা যেতে পারে। সবচেয়ে ডানদিকের কলামটি হল চিপ-টু-চিপ অ্যাসেম্বলি, যার মধ্যে রয়েছে সিলিকন চিপ থেকে III-V গ্রুপের চিপগুলির সরাসরি সংযোগ, সেইসাথে লেন্স এবং গ্রেটিং কাপলারের মাধ্যমে কাপলিং। বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনের প্রবণতা চার্টের ডান থেকে বাম দিকে আরও সমন্বিত এবং সমন্বিত সমাধানের দিকে চলে যাচ্ছে।

চিত্র 11: কিভাবে অপটিক্যাল লাভ সিলিকন-ভিত্তিক ফোটোনিক্সে একত্রিত হয়। আপনি বাম থেকে ডানে যাওয়ার সাথে সাথে উত্পাদন সন্নিবেশ বিন্দুটি ধীরে ধীরে প্রক্রিয়াটিতে ফিরে আসে।