سلیکن پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس کے لیے، سلیکن فوٹو ڈیٹیکٹر (سی فوٹو ڈیٹیکٹر)

سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس کے لیے، سلکان فوٹو ڈیٹیکٹر

فوٹو ڈیٹیکٹرلائٹ سگنلز کو برقی سگنلز میں تبدیل کرتے ہیں، اور جیسے جیسے ڈیٹا کی منتقلی کی شرحیں بہتر ہوتی جارہی ہیں، ہائی سپیڈ فوٹو ڈیٹیکٹر سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس پلیٹ فارمز کے ساتھ مربوط ہونے والے اگلی نسل کے ڈیٹا سینٹرز اور ٹیلی کمیونیکیشن نیٹ ورکس کی کلید بن گئے ہیں۔ یہ مضمون اعلی درجے کی تیز رفتار فوٹو ڈیٹیکٹرز کا ایک جائزہ فراہم کرے گا، جس میں سلکان پر مبنی جرمینیم (جی یا سی فوٹو ڈیٹیکٹر) پر زور دیا جائے گا۔سلکان فوٹو ڈیٹیکٹرمربوط آپٹو الیکٹرانکس ٹیکنالوجی کے لیے۔

سلیکون پلیٹ فارمز پر قریب اورکت روشنی کا پتہ لگانے کے لیے جرمینیئم ایک پرکشش مواد ہے کیونکہ یہ CMOS عمل کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے اور ٹیلی کمیونیکیشن طول موج میں انتہائی مضبوط جذب ہوتا ہے۔ سب سے عام Ge/Si فوٹو ڈیٹیکٹر کا ڈھانچہ پن ڈایڈڈ ہے، جس میں اندرونی جرمینیم کو P-type اور N-type علاقوں کے درمیان سینڈویچ کیا جاتا ہے۔

ڈیوائس کا ڈھانچہ شکل 1 ایک عام عمودی پن جی یا کو دکھاتا ہے۔فوٹو ڈیٹیکٹرساخت:

اہم خصوصیات میں شامل ہیں: سلکان سبسٹریٹ پر اگنے والی جرمینیئم جذب کرنے والی پرت۔ چارج کیریئرز کے p اور n رابطوں کو جمع کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ موثر روشنی جذب کے لیے ویو گائیڈ کپلنگ۔

ایپیٹیکسیل گروتھ: دونوں مواد کے درمیان 4.2% جالیوں کی مماثلت کی وجہ سے سلیکون پر اعلیٰ معیار کے جرمینیم کو بڑھانا مشکل ہے۔ دو قدمی ترقی کا عمل عام طور پر استعمال کیا جاتا ہے: کم درجہ حرارت (300-400°C) بفر پرت کی نشوونما اور اعلی درجہ حرارت (600°C سے اوپر) جرمینیم کا ذخیرہ۔ یہ طریقہ جالیوں کی عدم مماثلت کی وجہ سے تھریڈنگ ڈس لوکیشن کو کنٹرول کرنے میں مدد کرتا ہے۔ 800-900°C پر ترقی کے بعد کی اینیلنگ مزید تھریڈنگ ڈس لوکیشن کثافت کو تقریباً 10^7 سینٹی میٹر^-2 تک کم کر دیتی ہے۔ کارکردگی کی خصوصیات: انتہائی جدید Ge/Si PIN فوٹو ڈیٹیکٹر حاصل کر سکتا ہے: ردعمل، > 0.8A/W 1550 nm پر؛ بینڈوتھ،>60 گیگا ہرٹز؛ گہرا کرنٹ، <1 μA پر -1 V تعصب۔

سلکان پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس پلیٹ فارمز کے ساتھ انضمام

کا انضمامتیز رفتار فوٹو ڈیٹیکٹرسلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس پلیٹ فارمز کے ساتھ جدید آپٹیکل ٹرانسسیورز اور آپس میں جڑنے کے قابل بناتا ہے۔ انضمام کے دو اہم طریقے درج ذیل ہیں: فرنٹ اینڈ انٹیگریشن (FEOL)، جہاں فوٹو ڈیٹیکٹر اور ٹرانزسٹر بیک وقت سلکان سبسٹریٹ پر تیار کیے جاتے ہیں جو اعلی درجہ حرارت کی پروسیسنگ کی اجازت دیتے ہیں، لیکن چپ کے علاقے کو لے لیتے ہیں۔ بیک اینڈ انٹیگریشن (BEOL)۔ CMOS میں مداخلت سے بچنے کے لیے فوٹو ڈیٹیکٹر دھات کے اوپر بنائے جاتے ہیں، لیکن یہ کم پروسیسنگ درجہ حرارت تک محدود ہیں۔

شکل 2: تیز رفتار Ge/Si فوٹو ڈیٹیکٹر کی ردعمل اور بینڈوتھ

ڈیٹا سینٹر کی درخواست

تیز رفتار فوٹو ڈیٹیکٹر ڈیٹا سینٹر انٹر کنکشن کی اگلی نسل میں کلیدی جزو ہیں۔ اہم ایپلی کیشنز میں شامل ہیں: آپٹیکل ٹرانسسیور: 100G، 400G اور اعلی شرحیں، PAM-4 ماڈیولیشن کا استعمال کرتے ہوئے؛ اےاعلی بینڈوتھ فوٹو ڈیٹیکٹر(>50 GHz) درکار ہے۔

سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانک انٹیگریٹڈ سرکٹ: ماڈیولیٹر اور دیگر اجزاء کے ساتھ ڈیٹیکٹر کا یک سنگی انضمام؛ ایک کمپیکٹ، اعلیٰ کارکردگی والا آپٹیکل انجن۔

تقسیم شدہ فن تعمیر: تقسیم شدہ کمپیوٹنگ، اسٹوریج، اور اسٹوریج کے درمیان آپٹیکل انٹرکنکشن؛ توانائی کے موثر، اعلی بینڈوتھ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی مانگ کو بڑھانا۔

مستقبل کا نقطہ نظر

مربوط آپٹو الیکٹرانک ہائی اسپیڈ فوٹو ڈیٹیکٹرز کا مستقبل درج ذیل رجحانات دکھائے گا:

اعلی ڈیٹا کی شرح: 800G اور 1.6T ٹرانسیور کی ترقی کو آگے بڑھانا؛ 100 گیگا ہرٹز سے زیادہ بینڈوتھ والے فوٹو ڈیٹیکٹر درکار ہیں۔

بہتر انضمام: III-V مواد اور سلکان کا سنگل چپ انضمام؛ اعلی درجے کی 3D انٹیگریشن ٹیکنالوجی۔

نیا مواد: الٹرا فاسٹ روشنی کا پتہ لگانے کے لیے دو جہتی مواد (جیسے گرافین) کی تلاش؛ توسیعی طول موج کی کوریج کے لیے ایک نیا گروپ IV مرکب۔

ابھرتی ہوئی ایپلی کیشنز: LiDAR اور دیگر سینسنگ ایپلی کیشنز APD کی ترقی کو آگے بڑھا رہی ہیں۔ مائیکرو ویو فوٹون ایپلی کیشنز کو اعلی لکیریٹی فوٹو ڈیٹیکٹر کی ضرورت ہوتی ہے۔

تیز رفتار فوٹو ڈیٹیکٹر، خاص طور پر جی یا سی فوٹو ڈیٹیکٹر، سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانکس اور اگلی نسل کے آپٹیکل کمیونیکیشنز کے کلیدی ڈرائیور بن گئے ہیں۔ مستقبل کے ڈیٹا سینٹرز اور ٹیلی کمیونیکیشن نیٹ ورکس کی بڑھتی ہوئی بینڈوتھ کی مانگ کو پورا کرنے کے لیے مواد، ڈیوائس ڈیزائن، اور انٹیگریشن ٹیکنالوجیز میں مسلسل ترقی اہم ہے۔ جیسے جیسے فیلڈ کا ارتقا جاری ہے، ہم اعلی بینڈوتھ، کم شور، اور الیکٹرانک اور فوٹوونک سرکٹس کے ساتھ ہموار انضمام کے ساتھ فوٹو ڈیٹیکٹر دیکھنے کی توقع کر سکتے ہیں۔