سلیکن فوٹوونکس فعال عنصر

سلیکن فوٹوونکس فعال عنصر

فوٹوونکس کے فعال اجزاء خاص طور پر روشنی اور مادے کے درمیان جان بوجھ کر ڈیزائن کیے گئے متحرک تعاملات کا حوالہ دیتے ہیں۔ فوٹوونکس کا ایک عام فعال جزو ایک آپٹیکل ماڈیولیٹر ہے۔ تمام موجودہ سلکان پر مبنیآپٹیکل ماڈیولرپلازما فری کیریئر اثر پر مبنی ہیں۔ ڈوپنگ، الیکٹریکل یا آپٹیکل طریقوں کے ذریعے سلیکون مواد میں مفت الیکٹرانوں اور سوراخوں کی تعداد کو تبدیل کرنے سے اس کے پیچیدہ اضطراری انڈیکس کو تبدیل کیا جا سکتا ہے، یہ عمل مساوات (1,2) میں دکھایا گیا ہے جو 1550 نینو میٹر کی طول موج پر Soref اور Bennett سے ڈیٹا فٹ کر کے حاصل کیا گیا ہے۔ . الیکٹرانوں کے مقابلے میں، سوراخ حقیقی اور خیالی ریفریکٹیو انڈیکس کی تبدیلیوں کے بڑے تناسب کا باعث بنتے ہیں، یعنی وہ نقصان میں تبدیلی کے لیے ایک بڑے مرحلے میں تبدیلی پیدا کر سکتے ہیں، اس لیےمچ زینڈر ماڈیولیٹراور انگوٹی ماڈیولٹرز، یہ عام طور پر بنانے کے لیے سوراخ استعمال کرنے کو ترجیح دی جاتی ہے۔فیز ماڈیولر.

مختلفسلکان (Si) ماڈیولیٹراقسام کو شکل 10A میں دکھایا گیا ہے۔ کیریئر انجیکشن ماڈیولر میں، روشنی ایک بہت وسیع پن جنکشن کے اندر اندرونی سلکان میں واقع ہوتی ہے، اور الیکٹران اور سوراخ انجکشن کیے جاتے ہیں۔ تاہم، ایسے ماڈیولر سست ہوتے ہیں، عام طور پر 500 میگاہرٹز کی بینڈوتھ کے ساتھ، کیونکہ مفت الیکٹران اور سوراخ انجیکشن کے بعد دوبارہ جمع ہونے میں زیادہ وقت لیتے ہیں۔ لہذا، یہ ڈھانچہ اکثر ایک ماڈیولیٹر کے بجائے متغیر آپٹیکل اٹینیویٹر (VOA) کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ ایک کیریئر ڈیپلیشن ماڈیولیٹر میں، روشنی کا حصہ ایک تنگ pn جنکشن میں واقع ہوتا ہے، اور pn جنکشن کی کمی کی چوڑائی کو لاگو برقی فیلڈ کے ذریعے تبدیل کیا جاتا ہے۔ یہ ماڈیولیٹر 50Gb/s سے زیادہ رفتار سے کام کر سکتا ہے، لیکن اس میں پس منظر کے اندراج کا نقصان زیادہ ہے۔ عام vpil 2 V-cm ہے۔ میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (ایم او ایس) (دراصل سیمی کنڈکٹر-آکسائڈ-سیمک کنڈکٹر) ماڈیولیٹر پی این جنکشن میں آکسائیڈ کی پتلی پرت پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ کچھ کیریئر کے جمع ہونے کے ساتھ ساتھ کیریئر کی کمی کی اجازت دیتا ہے، جس سے تقریباً 0.2 V-cm کے چھوٹے VπL کی اجازت ملتی ہے، لیکن اس میں زیادہ آپٹیکل نقصانات اور فی یونٹ لمبائی میں زیادہ گنجائش کا نقصان ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، SiGe الیکٹریکل جذب کرنے والے ماڈیولیٹر ہیں جو SiGe (سلیکون جرمینیم الائے) بینڈ ایج موومنٹ پر مبنی ہیں۔ اس کے علاوہ، ایسے گرافین ماڈیولٹرز ہیں جو جذب کرنے والی دھاتوں اور شفاف انسولیٹروں کے درمیان سوئچ کرنے کے لیے گرافین پر انحصار کرتے ہیں۔ یہ تیز رفتار، کم نقصان والے آپٹیکل سگنل ماڈیولیشن کو حاصل کرنے کے لیے مختلف میکانزم کے استعمال کے تنوع کو ظاہر کرتے ہیں۔

شکل 10: (A) مختلف سلکان پر مبنی آپٹیکل ماڈیولر ڈیزائنز کا کراس سیکشنل ڈایاگرام اور (B) آپٹیکل ڈیٹیکٹر ڈیزائنز کا کراس سیکشنل خاکہ۔

کئی سلیکون پر مبنی لائٹ ڈیٹیکٹر کو شکل 10B میں دکھایا گیا ہے۔ جذب کرنے والا مواد جرمینیم (Ge) ہے۔ جی ای تقریباً 1.6 مائیکرون تک طول موج پر روشنی جذب کرنے کے قابل ہے۔ بائیں طرف دکھایا گیا آج سب سے زیادہ تجارتی لحاظ سے کامیاب پن ڈھانچہ ہے۔ یہ P قسم کے ڈوپڈ سلیکون پر مشتمل ہے جس پر Ge اگتا ہے۔ Ge اور Si میں 4% جعلی مماثلت ہے، اور نقل مکانی کو کم سے کم کرنے کے لیے، SiGe کی ایک پتلی تہہ کو پہلے بفر پرت کے طور پر اگایا جاتا ہے۔ این قسم کی ڈوپنگ جی پرت کے اوپری حصے پر کی جاتی ہے۔ ایک میٹل سیمی کنڈکٹر میٹل (MSM) فوٹوڈیوڈ درمیان میں دکھایا گیا ہے، اور ایک APD (برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر) دائیں طرف دکھایا گیا ہے۔ APD میں برفانی تودے کا علاقہ Si میں واقع ہے، جس میں گروپ III-V عنصری مواد میں برفانی تودے کے علاقے کے مقابلے میں کم شور کی خصوصیات ہیں۔

فی الحال، سلیکون فوٹوونکس کے ساتھ آپٹیکل گین کو مربوط کرنے میں واضح فوائد کے ساتھ کوئی حل نہیں ہے۔ شکل 11 اسمبلی کی سطح کے لحاظ سے منظم کئی ممکنہ اختیارات کو دکھاتا ہے۔ انتہائی بائیں جانب یک سنگی انضمام ہیں جن میں اپٹیکل گین میٹریل کے طور پر ایپیٹیکسیلی طور پر اگائے گئے جرمینیم (Ge) کا استعمال، erbium-doped (Er) گلاس ویو گائیڈز (جیسے Al2O3، جس میں آپٹیکل پمپنگ کی ضرورت ہوتی ہے)، اور epitaxially اگائے گئے گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) شامل ہیں۔ ) کوانٹم ڈاٹس۔ اگلا کالم ویفر ٹو ویفر اسمبلی ہے، جس میں III-V گروپ گین ریجن میں آکسائیڈ اور آرگینک بانڈنگ شامل ہے۔ اگلا کالم چپ ٹو ویفر اسمبلی ہے، جس میں III-V گروپ چپ کو سلکان ویفر کی گہا میں سرایت کرنا اور پھر ویو گائیڈ ڈھانچے کی مشینی کرنا شامل ہے۔ اس پہلے تین کالم اپروچ کا فائدہ یہ ہے کہ ڈیوائس کو کاٹنے سے پہلے ویفر کے اندر مکمل طور پر فعال ٹیسٹ کیا جا سکتا ہے۔ سب سے دائیں طرف کا کالم چپ سے چپ اسمبلی ہے، جس میں سیلیکون چپس کا III-V گروپ چپس سے براہ راست جوڑا جانا، نیز لینس اور گریٹنگ کپلر کے ذریعے جوڑا جانا شامل ہے۔ تجارتی ایپلی کیشنز کی طرف رجحان چارٹ کے دائیں سے بائیں جانب مزید مربوط اور مربوط حلوں کی طرف بڑھ رہا ہے۔

شکل 11: آپٹیکل گین کو سلکان پر مبنی فوٹوونکس میں کیسے ضم کیا جاتا ہے۔ جیسا کہ آپ بائیں سے دائیں منتقل ہوتے ہیں، مینوفیکچرنگ انسرشن پوائنٹ آہستہ آہستہ اس عمل میں واپس چلا جاتا ہے۔