فوٹوونک انٹیگریٹڈ سرکٹ کا ڈیزائن

کا ڈیزائنفوٹوونکانٹیگریٹڈ سرکٹ

فوٹوونک انٹیگریٹڈ سرکٹس(PIC) کو اکثر ریاضی کے اسکرپٹ کی مدد سے ڈیزائن کیا جاتا ہے کیونکہ انٹرفیرو میٹر یا دیگر ایپلی کیشنز میں راستے کی لمبائی کی اہمیت کی وجہ سے جو راستے کی لمبائی کے لیے حساس ہوتے ہیں۔پی آئی سیایک ویفر پر ایک سے زیادہ تہوں (عام طور پر 10 سے 30) کو پیٹرن کرکے تیار کیا جاتا ہے، جو کہ کئی کثیرالاضلاع شکلوں پر مشتمل ہوتی ہیں، جن کی نمائندگی اکثر GDSII فارمیٹ میں ہوتی ہے۔ فوٹو ماسک بنانے والے کو فائل بھیجنے سے پہلے، ڈیزائن کی درستگی کی توثیق کرنے کے لیے PIC کی نقالی کرنے کے قابل ہونا انتہائی ضروری ہے۔ تخروپن کو متعدد سطحوں میں تقسیم کیا گیا ہے: سب سے نچلی سطح تین جہتی برقی مقناطیسی (EM) تخروپن ہے، جہاں تخروپن کو ذیلی طول موج کی سطح پر انجام دیا جاتا ہے، حالانکہ مواد میں ایٹموں کے درمیان تعامل کو میکروسکوپک پیمانے پر ہینڈل کیا جاتا ہے۔ عام طریقوں میں تین جہتی محدود فرق ٹائم ڈومین (3D FDTD) اور eigenmode expansion (EME) شامل ہیں۔ یہ طریقے سب سے زیادہ درست ہیں، لیکن پورے PIC سمولیشن وقت کے لیے ناقابل عمل ہیں۔ اگلی سطح 2.5 جہتی EM تخروپن ہے، جیسے محدود فرق بیم پروپیگیشن (FD-BPM)۔ یہ طریقے بہت تیز ہیں، لیکن کچھ درستگی کی قربانی دیتے ہیں اور صرف پیراکسیل پروپیگیشن کو ہینڈل کر سکتے ہیں اور مثال کے طور پر گونجنے والوں کو نقل کرنے کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ اگلی سطح 2D EM تخروپن ہے، جیسے 2D FDTD اور 2D BPM۔ یہ تیز بھی ہیں، لیکن ان کی فعالیت محدود ہے، جیسے کہ یہ پولرائزیشن روٹیٹرز کی نقل نہیں کر سکتے۔ ایک اور سطح ٹرانسمیشن اور/یا بکھرنے والی میٹرکس سمولیشن ہے۔ ہر بڑے جزو کو ان پٹ اور آؤٹ پٹ والے جزو میں کم کر دیا جاتا ہے، اور منسلک ویو گائیڈ کو فیز شفٹ اور کشینشن عنصر تک کم کر دیا جاتا ہے۔ یہ نقالی انتہائی تیز ہیں۔ آؤٹ پٹ سگنل ٹرانسمیشن میٹرکس کو ان پٹ سگنل سے ضرب دے کر حاصل کیا جاتا ہے۔ بکھرنے والا میٹرکس (جن کے عناصر کو S-پیرامیٹر کہا جاتا ہے) جزو کے دوسری طرف ان پٹ اور آؤٹ پٹ سگنلز تلاش کرنے کے لیے ایک طرف ان پٹ اور آؤٹ پٹ سگنلز کو ضرب دیتا ہے۔ بنیادی طور پر، بکھرنے والے میٹرکس میں عنصر کے اندر کی عکاسی ہوتی ہے۔ بکھرنے والا میٹرکس عام طور پر ہر جہت میں ٹرانسمیشن میٹرکس سے دوگنا بڑا ہوتا ہے۔ خلاصہ یہ کہ 3D EM سے لے کر ٹرانسمیشن/سکیٹرنگ میٹرکس سمولیشن تک، تخروپن کی ہر پرت رفتار اور درستگی کے درمیان ایک تجارتی بندش پیش کرتی ہے، اور ڈیزائنرز ڈیزائن کی توثیق کے عمل کو بہتر بنانے کے لیے اپنی مخصوص ضروریات کے لیے نقلی کی صحیح سطح کا انتخاب کرتے ہیں۔

تاہم، کچھ عناصر کے برقی مقناطیسی تخروپن پر انحصار کرنا اور پوری PIC کی نقل کرنے کے لیے بکھرنے/ٹرانسفر میٹرکس کا استعمال فلو پلیٹ کے سامنے بالکل درست ڈیزائن کی ضمانت نہیں دیتا۔ مثال کے طور پر، غلط حساب سے راستے کی لمبائی، ملٹی موڈ ویو گائیڈز جو مؤثر طریقے سے ہائی آرڈر موڈز کو دبانے میں ناکام رہتے ہیں، یا دو ویو گائیڈز جو ایک دوسرے کے بہت قریب ہیں جو غیر متوقع طور پر جوڑے کے مسائل کا باعث بنتے ہیں، ان کا تخروپن کے دوران پتہ نہ چل سکے۔ لہٰذا، اگرچہ جدید سمولیشن ٹولز طاقتور ڈیزائن کی توثیق کی صلاحیتیں فراہم کرتے ہیں، پھر بھی اس کے لیے ڈیزائنر کی طرف سے اعلیٰ درجے کی چوکسی اور محتاط معائنہ کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ عملی تجربے اور تکنیکی علم کے ساتھ مل کر، ڈیزائن کی درستگی اور وشوسنییتا کو یقینی بنانے اور اس کے خطرے کو کم کرنے کے لیے۔ بہاؤ شیٹ.

اسپارس ایف ڈی ٹی ڈی نامی تکنیک 3D اور 2D FDTD تخروپن کو براہ راست مکمل PIC ڈیزائن پر انجام دینے کی اجازت دیتی ہے تاکہ ڈیزائن کو درست کیا جا سکے۔ اگرچہ کسی بھی برقی مقناطیسی تخروپن کے آلے کے لیے بہت بڑے پیمانے پر PIC کی نقل کرنا مشکل ہے، لیکن اسپرس FDTD کافی بڑے مقامی علاقے کی نقالی کرنے کے قابل ہے۔ روایتی 3D FDTD میں، تخروپن ایک مخصوص مقدار کے حجم کے اندر برقی مقناطیسی میدان کے چھ اجزاء کو شروع کرنے سے شروع ہوتا ہے۔ جیسے جیسے وقت آگے بڑھتا ہے، حجم میں نئے فیلڈ جز کا حساب لگایا جاتا ہے، وغیرہ۔ ہر قدم کے لیے کافی حساب درکار ہوتا ہے، اس لیے اس میں کافی وقت لگتا ہے۔ ویرل 3D FDTD میں، حجم کے ہر ایک نقطہ پر ہر قدم پر حساب لگانے کے بجائے، فیلڈ کے اجزاء کی ایک فہرست کو برقرار رکھا جاتا ہے جو نظریاتی طور پر من مانی طور پر بڑے حجم کے مطابق ہو سکتا ہے اور صرف ان اجزاء کے لیے حساب کیا جا سکتا ہے۔ ہر بار قدم پر، فیلڈ کے اجزاء سے ملحق پوائنٹس کو شامل کیا جاتا ہے، جبکہ فیلڈ کے اجزاء کو ایک مخصوص پاور تھریشولڈ سے نیچے گرا دیا جاتا ہے۔ کچھ ڈھانچے کے لیے، یہ حساب کتاب روایتی 3D FDTD سے زیادہ تیز رفتاری کے کئی آرڈرز ہو سکتا ہے۔ تاہم، منتشر ڈھانچے سے نمٹنے کے دوران ویرل FDTDS اچھی کارکردگی کا مظاہرہ نہیں کرتے ہیں کیونکہ اس بار فیلڈ بہت زیادہ پھیل جاتی ہے، جس کے نتیجے میں فہرستیں بہت لمبی ہوتی ہیں اور ان کا انتظام کرنا مشکل ہوتا ہے۔ شکل 1 پولرائزیشن بیم اسپلٹر (PBS) کی طرح 3D FDTD تخروپن کا ایک مثال اسکرین شاٹ دکھاتا ہے۔

شکل 1: 3D sparse FDTD سے نقلی نتائج۔ (A) ساخت کا سب سے اوپر کا منظر ہے جس کی نقل کی جا رہی ہے، جو کہ ایک دشاتمک کپلر ہے۔ (B) quasi-TE اتیجیت کا استعمال کرتے ہوئے ایک تخروپن کا اسکرین شاٹ دکھاتا ہے۔ اوپر کے دو خاکے quasi-TE اور quasi-TM سگنلز کا سب سے اوپر کا منظر دکھاتے ہیں، اور نیچے کے دو خاکے متعلقہ کراس سیکشنل منظر دکھاتے ہیں۔ (C) quasi-TM اتیجیت کا استعمال کرتے ہوئے ایک تخروپن کا اسکرین شاٹ دکھاتا ہے۔