ஒளியியல் ஒருங்கிணைந்த சுற்றின் வடிவமைப்பு

வடிவமைப்புஒளிமின்னியல்ஒருங்கிணைந்த சுற்று

ஃபோட்டானிக் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள்இன்டர்ஃபெரோமீட்டர்கள் அல்லது பாதை நீளத்திற்கு உணர்திறன் கொண்ட பிற பயன்பாடுகளில் பாதை நீளத்தின் முக்கியத்துவம் காரணமாக, (PIC) கருவிகள் பெரும்பாலும் கணித ஸ்கிரிப்டுகளின் உதவியுடன் வடிவமைக்கப்படுகின்றன.பிக்ஒரு வேஃபரில் பல அடுக்குகளை (பொதுவாக 10 முதல் 30 வரை) வடிவமைப்பதன் மூலம் இது தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த அடுக்குகள் பல பலகோண வடிவங்களால் ஆனவை, அவை பெரும்பாலும் GDSII வடிவத்தில் குறிப்பிடப்படுகின்றன. ஃபோட்டோமாஸ்க் உற்பத்தியாளருக்கு கோப்பை அனுப்புவதற்கு முன், வடிவமைப்பின் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்க PIC-ஐ உருவகப்படுத்த முடிவது மிகவும் விரும்பத்தக்கது. இந்த உருவகப்படுத்துதல் பல நிலைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது: மிகக் கீழ்நிலை முப்பரிமாண மின்காந்த (EM) உருவகப்படுத்துதல் ஆகும், இதில் உருவகப்படுத்துதல் துணை-அலைநீள மட்டத்தில் செய்யப்படுகிறது, இருப்பினும் பொருளில் உள்ள அணுக்களுக்கு இடையேயான இடைவினைகள் பேரளவு அளவில் கையாளப்படுகின்றன. வழக்கமான முறைகளில் முப்பரிமாண ஃபைனைட்-டிஃபரன்ஸ் டைம்-டொமைன் (3D FDTD) மற்றும் ஐகன்மோட் எக்ஸ்பான்ஷன் (EME) ஆகியவை அடங்கும். இந்த முறைகள் மிகவும் துல்லியமானவை, ஆனால் முழு PIC உருவகப்படுத்துதல் நேரத்திற்கும் நடைமுறைக்கு உகந்தவை அல்ல. அடுத்த நிலை 2.5-பரிமாண EM உருவகப்படுத்துதல் ஆகும், அதாவது ஃபைனைட்-டிஃபரன்ஸ் பீம் ப்ராபகேஷன் (FD-BPM). இந்த முறைகள் மிகவும் வேகமானவை, ஆனால் சில துல்லியத்தன்மையை இழக்கின்றன, மேலும் இவை பராக்ஸியல் பரவலை மட்டுமே கையாள முடியும், எடுத்துக்காட்டாக, ரெசனேட்டர்களை உருவகப்படுத்தப் பயன்படுத்த முடியாது. அடுத்த நிலை 2D EM சிமுலேஷன் ஆகும், அதாவது 2D FDTD மற்றும் 2D BPM போன்றவை. இவையும் வேகமானவை, ஆனால் வரையறுக்கப்பட்ட செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன, எடுத்துக்காட்டாக, இவற்றால் போலரைசேஷன் ரொட்டேட்டர்களை சிமுலேட் செய்ய முடியாது. மேலும் ஒரு நிலை டிரான்ஸ்மிஷன் மற்றும்/அல்லது ஸ்கேட்டரிங் மேட்ரிக்ஸ் சிமுலேஷன் ஆகும். ஒவ்வொரு முக்கிய கூறுகளும் உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டைக் கொண்ட ஒரு கூறாகக் குறைக்கப்படுகின்றன, மேலும் இணைக்கப்பட்ட அலைவழி ஒரு கட்ட மாற்றம் மற்றும் தணிப்புக் கூறாகக் குறைக்கப்படுகிறது. இந்த சிமுலேஷன்கள் மிகவும் வேகமானவை. டிரான்ஸ்மிஷன் மேட்ரிக்ஸை உள்ளீட்டு சிக்னலுடன் பெருக்குவதன் மூலம் வெளியீட்டு சிக்னல் பெறப்படுகிறது. ஸ்கேட்டரிங் மேட்ரிக்ஸ் (அதன் கூறுகள் S-பாராமீட்டர்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன) கூறின் ஒரு பக்கத்தில் உள்ள உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டு சிக்னல்களைப் பெருக்கி, மறுபக்கத்தில் உள்ள உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டு சிக்னல்களைக் கண்டறிகிறது. அடிப்படையில், ஸ்கேட்டரிங் மேட்ரிக்ஸ் கூறின் உள்ளே உள்ள எதிரொளிப்பைக் கொண்டுள்ளது. ஸ்கேட்டரிங் மேட்ரிக்ஸ் பொதுவாக ஒவ்வொரு பரிமாணத்திலும் டிரான்ஸ்மிஷன் மேட்ரிக்ஸை விட இரண்டு மடங்கு பெரியதாக இருக்கும். சுருக்கமாக, 3D EM முதல் டிரான்ஸ்மிஷன்/ஸ்கேட்டரிங் மேட்ரிக்ஸ் சிமுலேஷன் வரை, சிமுலேஷனின் ஒவ்வொரு அடுக்கிலும் வேகம் மற்றும் துல்லியத்திற்கு இடையே ஒரு சமநிலை உள்ளது, மேலும் வடிவமைப்பாளர்கள் வடிவமைப்பு சரிபார்ப்பு செயல்முறையை மேம்படுத்த தங்கள் குறிப்பிட்ட தேவைகளுக்கு சரியான சிமுலேஷன் நிலையைத் தேர்வு செய்கிறார்கள்.

இருப்பினும், சில கூறுகளின் மின்காந்த உருவகப்படுத்துதலைச் சார்ந்திருப்பதும், முழு PIC-ஐயும் உருவகப்படுத்த சிதறல்/பரிமாற்ற அணியைப் பயன்படுத்துவதும், பாய்வுத் தட்டின் முன் ஒரு முற்றிலும் சரியான வடிவமைப்பிற்கு உத்தரவாதம் அளிக்காது. எடுத்துக்காட்டாக, தவறாகக் கணக்கிடப்பட்ட பாதை நீளங்கள், உயர்-வரிசை அலைமுறைகளைத் திறம்பட அடக்கத் தவறுகின்ற பல்லலை வழிகாட்டிகள், அல்லது எதிர்பாராத இணைப்புச் சிக்கல்களுக்கு வழிவகுக்கும் ஒன்றுக்கொன்று மிக நெருக்கமாக இருக்கும் இரண்டு அலை வழிகாட்டிகள் போன்றவை உருவகப்படுத்துதலின் போது கண்டறியப்படாமல் போக வாய்ப்புள்ளது. எனவே, மேம்பட்ட உருவகப்படுத்துதல் கருவிகள் சக்திவாய்ந்த வடிவமைப்பு சரிபார்ப்புத் திறன்களை வழங்கினாலும், வடிவமைப்பின் துல்லியம் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்வதற்கும், பாய்வுத் தாளின் அபாயத்தைக் குறைப்பதற்கும், வடிவமைப்பாளரால் உயர் அளவிலான விழிப்புணர்வு மற்றும் கவனமான ஆய்வு, நடைமுறை அனுபவம் மற்றும் தொழில்நுட்ப அறிவுடன் இணைந்து தேவைப்படுகிறது.

ஸ்பார்ஸ் FDTD எனப்படும் ஒரு நுட்பம், ஒரு முழுமையான PIC வடிவமைப்பைச் சரிபார்ப்பதற்காக, அதன் மீது நேரடியாக 3D மற்றும் 2D FDTD உருவகப்படுத்துதல்களைச் செய்ய அனுமதிக்கிறது. எந்தவொரு மின்காந்த உருவகப்படுத்துதல் கருவிக்கும் மிகப் பெரிய அளவிலான PIC-ஐ உருவகப்படுத்துவது கடினம் என்றாலும், ஸ்பார்ஸ் FDTD-ஆல் ஓரளவு பெரிய உள்ளூர் பகுதியை உருவகப்படுத்த முடிகிறது. பாரம்பரிய 3D FDTD-இல், ஒரு குறிப்பிட்ட குவாண்டம் செய்யப்பட்ட கனஅளவிற்குள் மின்காந்தப் புலத்தின் ஆறு கூறுகளைத் தொடங்குவதன் மூலம் உருவகப்படுத்துதல் தொடங்குகிறது. நேரம் செல்லச் செல்ல, அந்தக் கனஅளவில் உள்ள புதிய புலக் கூறு கணக்கிடப்படுகிறது, இப்படியே தொடர்கிறது. ஒவ்வொரு படிக்கும் அதிக கணக்கீடு தேவைப்படுவதால், இதற்கு அதிக நேரம் ஆகிறது. ஸ்பார்ஸ் 3D FDTD-இல், கனஅளவின் ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் ஒவ்வொரு படியிலும் கணக்கிடுவதற்குப் பதிலாக, புலக் கூறுகளின் ஒரு பட்டியல் பராமரிக்கப்படுகிறது. இது கோட்பாட்டளவில் தன்னிச்சையாக எவ்வளவு பெரிய கனஅளவிற்கும் பொருந்தக்கூடும், மேலும் அந்தக் கூறுகளுக்கு மட்டுமே கணக்கிடப்படுகிறது. ஒவ்வொரு நேரப் படியிலும், புலக் கூறுகளுக்கு அருகிலுள்ள புள்ளிகள் சேர்க்கப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் வரம்பிற்குக் கீழே உள்ள புலக் கூறுகள் நீக்கப்படுகின்றன. சில கட்டமைப்புகளுக்கு, இந்தக் கணக்கீடு பாரம்பரிய 3D FDTD-ஐ விடப் பல மடங்கு வேகமானதாக இருக்கக்கூடும். இருப்பினும், சிதறல் கட்டமைப்புகளைக் கையாளும்போது ஸ்பார்ஸ் FDTDS சிறப்பாகச் செயல்படுவதில்லை, ஏனெனில் இந்த நேரத்தில் புலம் மிகவும் பரவுகிறது, இதன் விளைவாக பட்டியல்கள் மிகவும் நீளமாகவும் நிர்வகிக்கக் கடினமாகவும் ஆகின்றன. படம் 1, ஒரு போலரைசேஷன் பீம் ஸ்ப்ளிட்டரைப் (PBS) போன்ற ஒரு 3D FDTD உருவகப்படுத்துதலின் எடுத்துக்காட்டுத் திரைக்காட்சியைக் காட்டுகிறது.

படம் 1: 3D ஸ்பார்ஸ் FDTD-இன் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகள். (A) என்பது உருவகப்படுத்தப்படும் கட்டமைப்பின் மேல் தோற்றம் ஆகும், இது ஒரு திசைசார் இணைப்பி ஆகும். (B) குவாசி-TE கிளர்ச்சியைப் பயன்படுத்தி செய்யப்பட்ட ஒரு உருவகப்படுத்துதலின் திரைப்பிடிப்பைக் காட்டுகிறது. மேலே உள்ள இரண்டு வரைபடங்கள் குவாசி-TE மற்றும் குவாசி-TM சிக்னல்களின் மேல் தோற்றத்தையும், கீழே உள்ள இரண்டு வரைபடங்கள் அதற்கேற்ற குறுக்குவெட்டுத் தோற்றத்தையும் காட்டுகின்றன. (C) குவாசி-TM கிளர்ச்சியைப் பயன்படுத்தி செய்யப்பட்ட ஒரு உருவகப்படுத்துதலின் திரைப்பிடிப்பைக் காட்டுகிறது.