சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஒளியியல் மின்னணுவியலுக்கு, சிலிக்கான் ஒளி உணர்விகள்
ஃபோட்டோடெக்டர்கள்ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றுவதற்கும், தரவு பரிமாற்ற விகிதங்கள் தொடர்ந்து மேம்படுவதற்கும், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஒளியியல் மின்னணுவியல் தளங்களுடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட அதிவேக ஒளி உணரிகள், அடுத்த தலைமுறை தரவு மையங்களுக்கும் தொலைத்தொடர்பு வலையமைப்புகளுக்கும் முக்கியமாகிவிட்டன. இந்தக் கட்டுரை, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஜெர்மானியம் (Ge அல்லது Si ஒளி உணரி) மீது முக்கியத்துவம் அளித்து, மேம்பட்ட அதிவேக ஒளி உணரிகள் பற்றிய ஒரு மேலோட்டத்தை வழங்கும்.சிலிக்கான் ஒளி உணரிகள்ஒருங்கிணைந்த ஒளியியல் மின்னணுவியல் தொழில்நுட்பத்திற்காக.
ஜெர்மானியம், CMOS செயல்முறைகளுடன் இணக்கமாக இருப்பதாலும், தொலைத்தொடர்பு அலைநீளங்களில் மிகவும் வலுவான உறிஞ்சுதலைக் கொண்டிருப்பதாலும், சிலிக்கான் தளங்களில் அகச்சிவப்புக்கு அருகிலுள்ள ஒளியைக் கண்டறிவதற்கு ஒரு கவர்ச்சிகரமான பொருளாக விளங்குகிறது. மிகவும் பொதுவான Ge/Si ஒளி உணரி அமைப்பானது பின் டையோடு ஆகும், இதில் உள்ளார்ந்த ஜெர்மானியம், P-வகை மற்றும் N-வகை பகுதிகளுக்கு இடையில் அடுக்கப்பட்டிருக்கும்.
சாதன அமைப்பு படம் 1 ஒரு வழக்கமான செங்குத்து முள் Ge அல்லதுSi ஒளி உணரிகட்டமைப்பு:
இதன் முக்கிய அம்சங்கள்: சிலிக்கான் அடித்தளத்தின் மீது வளர்க்கப்பட்ட ஜெர்மானியம் உறிஞ்சும் அடுக்கு; மின்னூட்டக் கடத்திகளின் p மற்றும் n தொடர்புகளைச் சேகரிக்கப் பயன்படுகிறது; திறமையான ஒளி உறிஞ்சுதலுக்கான அலைவழி இணைப்பு.
புறவளர்ச்சி: இரு பொருட்களுக்கும் இடையே உள்ள 4.2% படிகக்கூடு பொருந்தாமையின் காரணமாக, சிலிக்கானின் மீது உயர்தர ஜெர்மானியத்தை வளர்ப்பது சவாலானது. பொதுவாக இரண்டு-படி வளர்ச்சி செயல்முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது: குறைந்த வெப்பநிலையில் (300-400°C) இடையடுக்கு வளர்ச்சி மற்றும் உயர் வெப்பநிலையில் (600°C-க்கு மேல்) ஜெர்மானியப் படிவு. படிகக்கூடு பொருந்தாமைகளால் ஏற்படும் இழையிடப்பெயர்வுகளைக் கட்டுப்படுத்த இந்த முறை உதவுகிறது. வளர்ச்சிக்குப் பிறகு 800-900°C-ல் செய்யப்படும் பதப்படுத்தல், இழையிடப்பெயர்வு அடர்த்தியை மேலும் சுமார் 10^7 cm^-2 ஆகக் குறைக்கிறது. செயல்திறன் பண்புகள்: மிகவும் மேம்பட்ட Ge/Si PIN ஒளி உணரியால் அடையக்கூடியவை: துலங்கல் திறன், 1550 nm-ல் > 0.8A /W; அலைவரிசை, >60 GHz; இருள் மின்னோட்டம், -1 V மின்னழுத்தச் சாய்வில் <1 μA.
சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஒளியியல் மின்னணுவியல் தளங்களுடன் ஒருங்கிணைப்பு
ஒருங்கிணைப்புஅதிவேக ஒளி உணரிகள்சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஆப்டோஎலக்ட்ரானிக்ஸ் தளங்கள், மேம்பட்ட ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்ஸீவர்கள் மற்றும் இன்டர்கனெக்ட்களைச் செயல்படுத்துகின்றன. இரண்டு முக்கிய ஒருங்கிணைப்பு முறைகள் பின்வருமாறு: ஃப்ரண்ட்-எண்ட் ஒருங்கிணைப்பு (FEOL), இதில் ஃபோட்டோடெக்டர் மற்றும் டிரான்சிஸ்டர் ஆகியவை ஒரே நேரத்தில் ஒரு சிலிக்கான் தளத்தில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. இது உயர்-வெப்பநிலை செயலாக்கத்தை அனுமதிக்கிறது, ஆனால் சிப்பின் பரப்பளவை எடுத்துக்கொள்கிறது. பேக்-எண்ட் ஒருங்கிணைப்பு (BEOL). CMOS உடனான குறுக்கீட்டைத் தவிர்க்க, ஃபோட்டோடெக்டர்கள் உலோகத்தின் மீது தயாரிக்கப்படுகின்றன, ஆனால் இவை குறைந்த செயலாக்க வெப்பநிலைகளுக்கு மட்டுமே கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளன.
படம் 2: ஒரு அதிவேக Ge/Si ஒளி உணரியின் துலங்கல் திறன் மற்றும் அலைவரிசை அகலம்
தரவு மைய பயன்பாடு
அடுத்த தலைமுறை தரவு மைய இணைப்பில் அதிவேக ஒளி உணர்விகள் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். முக்கியப் பயன்பாடுகளில் அடங்குபவை: PAM-4 பண்பேற்றத்தைப் பயன்படுத்தும் 100G, 400G மற்றும் அதற்கும் அதிகமான வேகங்களைக் கொண்ட ஒளியியல் டிரான்ஸ்ஸீவர்கள்;உயர் அலைவரிசை ஒளி உணரி(>50 GHz) தேவைப்படுகிறது.
சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஒளியியல் மின்னணு ஒருங்கிணைந்த சுற்று: உணர்வியை பண்பேற்றி மற்றும் பிற கூறுகளுடன் ஒரே கல்லில் ஒருங்கிணைத்தல்; ஒரு கச்சிதமான, உயர் செயல்திறன் கொண்ட ஒளியியல் இயந்திரம்.
பரவலாக்கப்பட்ட கட்டமைப்பு: பரவலாக்கப்பட்ட கணினி, சேமிப்பகம் மற்றும் சேமிப்பகத்திற்கு இடையேயான ஒளியியல் இணைப்பு; ஆற்றல் திறன்மிக்க, அதிக அலைவரிசை கொண்ட ஒளி உணரிகளுக்கான தேவையைத் தூண்டுகிறது.
எதிர்காலக் கண்ணோட்டம்
ஒருங்கிணைந்த ஒளியியல்-மின்னணு அதிவேக ஒளி உணரிகளின் எதிர்காலம் பின்வரும் போக்குகளை வெளிப்படுத்தும்:
அதிக தரவு விகிதங்கள்: 800G மற்றும் 1.6T டிரான்ஸ்ஸீவர்களின் உருவாக்கத்தை இயக்குதல்; 100 GHz-க்கும் அதிகமான அலைவரிசை கொண்ட ஃபோட்டோடெடெக்டர்கள் தேவைப்படுகின்றன.
மேம்படுத்தப்பட்ட ஒருங்கிணைப்பு: III-V மூலப்பொருள் மற்றும் சிலிக்கானின் ஒற்றைச் சில்லு ஒருங்கிணைப்பு; மேம்பட்ட 3D ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பம்.
புதிய பொருட்கள்: அதிவேக ஒளி கண்டறிதலுக்காக கிராஃபீன் போன்ற இரு பரிமாணப் பொருட்களை ஆராய்தல்; விரிவாக்கப்பட்ட அலைநீள வரம்பிற்கான ஒரு புதிய குரூப் IV கலப்புலோகம்.
வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகள்: LiDAR மற்றும் பிற உணர்தல் பயன்பாடுகள் APD-யின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிக்கின்றன; உயர் நேர்கோட்டுத்தன்மை கொண்ட ஒளி உணரிகளைக் கோரும் நுண்ணலை ஃபோட்டான் பயன்பாடுகள்.
அதிவேக ஒளி உணரிகள், குறிப்பாக ஜெர்மானியம் (Ge) அல்லது சிலிக்கான் (Si) ஒளி உணரிகள், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான ஒளியியல் மின்னணுவியல் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை ஒளியியல் தகவல்தொடர்புகளின் முக்கிய உந்து சக்தியாக மாறியுள்ளன. எதிர்காலத் தரவு மையங்கள் மற்றும் தொலைத்தொடர்பு வலையமைப்புகளின் அதிகரித்து வரும் அலைவரிசைத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்கு, மூலப்பொருட்கள், சாதன வடிவமைப்பு மற்றும் ஒருங்கிணைப்புத் தொழில்நுட்பங்களில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்கள் அவசியமானவை. இத்துறை தொடர்ந்து வளர்ச்சியடைந்து வருவதால், அதிக அலைவரிசை, குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் மின்னணு மற்றும் ஒளியியல் சுற்றுகளுடன் தடையற்ற ஒருங்கிணைப்பு கொண்ட ஒளி உணரிகளை நாம் எதிர்பார்க்கலாம்.
பதிவிட்ட நேரம்: ஜனவரி 20, 2025