சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ், சிலிக்கான் ஃபோட்டோடெடெக்டர்கள்
ஃபோட்டோடெக்டர்கள்ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றுகிறது, மேலும் தரவு பரிமாற்ற விகிதங்கள் தொடர்ந்து மேம்படுவதால், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் தளங்களுடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட அதிவேக ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளர்கள் அடுத்த தலைமுறை தரவு மையங்கள் மற்றும் தொலைத்தொடர்பு நெட்வொர்க்குகளுக்கு முக்கியமாகிவிட்டனர். இந்த கட்டுரை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஜெர்மானியம் (Ge அல்லது Si ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளர்) மீது முக்கியத்துவம் கொடுத்து, மேம்பட்ட அதிவேக ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளர்களின் கண்ணோட்டத்தை வழங்கும்.சிலிக்கான் ஒளிக்கற்றைகள்ஒருங்கிணைந்த ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் தொழில்நுட்பத்திற்காக.
சிலிக்கான் தளங்களில் அகச்சிவப்பு ஒளி கண்டறிதலுக்கு ஜெர்மானியம் ஒரு கவர்ச்சிகரமான பொருளாகும், ஏனெனில் இது CMOS செயல்முறைகளுடன் இணக்கமாக உள்ளது மற்றும் தொலைத்தொடர்பு அலைநீளங்களில் மிகவும் வலுவான உறிஞ்சுதலைக் கொண்டுள்ளது. மிகவும் பொதுவான Ge/Si ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பான் அமைப்பு பின் டையோடு ஆகும், இதில் உள்ளார்ந்த ஜெர்மானியம் P-வகை மற்றும் N-வகை பகுதிகளுக்கு இடையில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
சாதன அமைப்பு படம் 1 ஒரு பொதுவான செங்குத்து முள் Ge அல்லது ஐக் காட்டுகிறதுSi ஒளிக்கற்றைஅமைப்பு:
முக்கிய அம்சங்கள் பின்வருமாறு: சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கப்படும் ஜெர்மானியம் உறிஞ்சும் அடுக்கு; சார்ஜ் கேரியர்களின் p மற்றும் n தொடர்புகளை சேகரிக்கப் பயன்படுகிறது; திறமையான ஒளி உறிஞ்சுதலுக்கான அலை வழிகாட்டி இணைப்பு.
எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி: இரண்டு பொருட்களுக்கும் இடையே 4.2% லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை இருப்பதால், சிலிக்கானில் உயர்தர ஜெர்மானியத்தை வளர்ப்பது சவாலானது. இரண்டு-படி வளர்ச்சி செயல்முறை பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது: குறைந்த வெப்பநிலை (300-400°C) தாங்கல் அடுக்கு வளர்ச்சி மற்றும் அதிக வெப்பநிலை (600°C க்கு மேல்) ஜெர்மானியத்தின் படிவு. இந்த முறை லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையால் ஏற்படும் த்ரெட்டிங் இடப்பெயர்வுகளைக் கட்டுப்படுத்த உதவுகிறது. 800-900°C இல் வளர்ச்சிக்குப் பிந்தைய அனீலிங் த்ரெட்டிங் இடப்பெயர்வு அடர்த்தியை சுமார் 10^7 செ.மீ^-2 ஆகக் குறைக்கிறது. செயல்திறன் பண்புகள்: மிகவும் மேம்பட்ட Ge/Si PIN ஃபோட்டோடெடெக்டர் அடையக்கூடியது: மறுமொழி, > 0.8A /W at 1550 nm; அலைவரிசை,>60 GHz; டார்க் மின்னோட்டம், <1 μA at -1 V சார்பு.
சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் தளங்களுடன் ஒருங்கிணைப்பு
ஒருங்கிணைப்புஅதிவேக ஒளிக்கற்றைகள்சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் தளங்களுடன் மேம்பட்ட ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்ஸீவர்கள் மற்றும் இன்டர்கனெக்ட்களை செயல்படுத்துகிறது. இரண்டு முக்கிய ஒருங்கிணைப்பு முறைகள் பின்வருமாறு: முன்-முனை ஒருங்கிணைப்பு (FEOL), இதில் ஃபோட்டோடெக்டர் மற்றும் டிரான்சிஸ்டர் ஒரே நேரத்தில் ஒரு சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் தயாரிக்கப்படுகின்றன, அவை உயர்-வெப்பநிலை செயலாக்கத்தை அனுமதிக்கின்றன, ஆனால் சிப் பகுதியை எடுத்துக்கொள்கின்றன. பின்-முனை ஒருங்கிணைப்பு (BEOL). CMOS உடன் குறுக்கிடுவதைத் தவிர்க்க ஃபோட்டோடெக்டர்கள் உலோகத்தின் மேல் தயாரிக்கப்படுகின்றன, ஆனால் குறைந்த செயலாக்க வெப்பநிலைகளுக்கு மட்டுமே.
படம் 2: அதிவேக Ge/Si ஒளிக்கற்றையின் மறுமொழி மற்றும் அலைவரிசை
தரவு மைய பயன்பாடு
அடுத்த தலைமுறை தரவு மைய இடை இணைப்பில் அதிவேக ஒளிக்கற்றைகள் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். முக்கிய பயன்பாடுகளில் பின்வருவன அடங்கும்: ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்ஸீவர்கள்: PAM-4 பண்பேற்றத்தைப் பயன்படுத்தி 100G, 400G மற்றும் அதிக விகிதங்கள்; Aஉயர் அலைவரிசை ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான்(>50 GHz) தேவை.
சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் ஒருங்கிணைந்த சுற்று: மாடுலேட்டர் மற்றும் பிற கூறுகளுடன் டிடெக்டரின் ஒற்றைக்கல் ஒருங்கிணைப்பு; ஒரு சிறிய, உயர் செயல்திறன் கொண்ட ஆப்டிகல் இயந்திரம்.
பரவலாக்கப்பட்ட கட்டமைப்பு: பரவலாக்கப்பட்ட கணினி, சேமிப்பு மற்றும் சேமிப்பகத்திற்கு இடையிலான ஒளியியல் இடைத்தொடர்பு; ஆற்றல்-திறனுள்ள, உயர்-அலைவரிசை ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான்களுக்கான தேவையை உந்துதல்.
எதிர்காலக் கண்ணோட்டம்
ஒருங்கிணைந்த ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் அதிவேக ஒளிக்கற்றைகளின் எதிர்காலம் பின்வரும் போக்குகளைக் காண்பிக்கும்:
அதிக தரவு விகிதங்கள்: 800G மற்றும் 1.6T டிரான்ஸ்ஸீவர்களின் வளர்ச்சியை உந்துதல்; 100 GHz க்கும் அதிகமான அலைவரிசைகளைக் கொண்ட ஃபோட்டோடெக்டர்கள் தேவை.
மேம்படுத்தப்பட்ட ஒருங்கிணைப்பு: III-V பொருள் மற்றும் சிலிக்கானின் ஒற்றை சிப் ஒருங்கிணைப்பு; மேம்பட்ட 3D ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பம்.
புதிய பொருட்கள்: அதிவேக ஒளி கண்டறிதலுக்கான இரு பரிமாண பொருட்களை (கிராஃபீன் போன்றவை) ஆராய்தல்; நீட்டிக்கப்பட்ட அலைநீளக் கவரேஜுக்கான புதிய குழு IV கலவை.
வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகள்: LiDAR மற்றும் பிற உணர்திறன் பயன்பாடுகள் APD இன் வளர்ச்சியை உந்துகின்றன; அதிக நேரியல்பு ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பான்கள் தேவைப்படும் நுண்ணலை ஃபோட்டான் பயன்பாடுகள்.
அதிவேக ஒளிக்கற்றைகள், குறிப்பாக Ge அல்லது Si ஒளிக்கற்றைகள், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை ஒளியியல் தகவல்தொடர்புகளின் முக்கிய இயக்கியாக மாறியுள்ளன. எதிர்கால தரவு மையங்கள் மற்றும் தொலைத்தொடர்பு நெட்வொர்க்குகளின் வளர்ந்து வரும் அலைவரிசை தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய பொருட்கள், சாதன வடிவமைப்பு மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு தொழில்நுட்பங்களில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்கள் முக்கியம். இந்தத் துறை தொடர்ந்து வளர்ச்சியடைந்து வருவதால், அதிக அலைவரிசை, குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் மின்னணு மற்றும் ஃபோட்டானிக் சுற்றுகளுடன் தடையற்ற ஒருங்கிணைப்பு கொண்ட ஒளிக்கற்றைகளைக் காண்போம் என்று எதிர்பார்க்கலாம்.
இடுகை நேரம்: ஜனவரி-20-2025