សម្រាប់ optoelectronics ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពស៊ីលីកុន
ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពបំប្លែងសញ្ញាពន្លឺទៅជាសញ្ញាអគ្គិសនី ហើយដោយសារអត្រាផ្ទេរទិន្នន័យបន្តប្រសើរឡើង ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពល្បឿនលឿនដែលរួមបញ្ចូលជាមួយវេទិកាអុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនបានក្លាយជាគន្លឹះសម្រាប់មជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ និងបណ្តាញទូរគមនាគមន៍ជំនាន់ក្រោយ។ អត្ថបទនេះនឹងផ្តល់នូវទិដ្ឋភាពទូទៅនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានល្បឿនលឿនកម្រិតខ្ពស់ ដោយសង្កត់ធ្ងន់លើសារធាតុ germanium ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន (Ge ឬ Si photodetector)ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពស៊ីលីកុនសម្រាប់បច្ចេកវិទ្យា optoelectronics រួមបញ្ចូលគ្នា។
Germanium គឺជាសម្ភារៈដ៏គួរឱ្យទាក់ទាញសម្រាប់ការរកឃើញពន្លឺអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដនៅជិតវេទិកាស៊ីលីកុន ព្រោះវាអាចប្រើបានជាមួយដំណើរការ CMOS និងមានការស្រូបទាញខ្លាំងនៅរលកទូរគមនាគមន៍។ រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ចាប់រូបភាព Ge/Si ទូទៅបំផុតគឺ pin diode ដែលក្នុងនោះ germanium ខាងក្នុងត្រូវបានបញ្ជូលគ្នារវាងតំបន់ P-type និង N-type ។
រចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ រូបភាពទី 1 បង្ហាញម្ជុលបញ្ឈរធម្មតា Ge ឬឧបករណ៍ចាប់រូបភាពស៊ីរចនាសម្ព័ន្ធ៖
លក្ខណៈពិសេសសំខាន់ៗរួមមាន: ស្រទាប់ស្រូបយក germanium លូតលាស់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុន; ប្រើដើម្បីប្រមូលទំនាក់ទំនង p និង n នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនបន្ទុក; Waveguide coupling សម្រាប់ការស្រូបពន្លឺប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។
ការលូតលាស់របស់ Epitaxial៖ ការរីកលូតលាស់ germanium ដែលមានគុណភាពខ្ពស់នៅលើស៊ីលីកុនគឺមានការពិបាកដោយសារតែភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើ 4.2% រវាងវត្ថុធាតុទាំងពីរ។ ដំណើរការលូតលាស់ពីរជំហានជាធម្មតាត្រូវបានប្រើប្រាស់៖ សីតុណ្ហភាពទាប (300-400°C) ការលូតលាស់ស្រទាប់បណ្ដោះអាសន្ន និងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (លើសពី 600°C) នៃសារធាតុ germanium ។ វិធីសាស្រ្តនេះជួយគ្រប់គ្រងការផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ខ្សែស្រឡាយដែលបណ្តាលមកពីភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើ។ ការ annealing ក្រោយការលូតលាស់នៅ 800-900 ° C កាត់បន្ថយដង់ស៊ីតេនៃការផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ខ្សែស្រឡាយទៅប្រហែល 10^7 សង់ទីម៉ែត្រ^-2 ។ លក្ខណៈនៃការអនុវត្ត៖ ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព Ge/Si PIN ទំនើបបំផុតអាចសម្រេចបាន៖ ការឆ្លើយតប > 0.8A/W នៅ 1550 nm; កម្រិតបញ្ជូន,> 60 GHz; ចរន្តងងឹត <1 μA នៅ -1 V លំអៀង។
ការរួមបញ្ចូលជាមួយវេទិកា optoelectronics ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន
ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាពល្បឿនលឿនជាមួយនឹងវេទិកា optoelectronics ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន អាចឱ្យឧបករណ៍បញ្ជូនអុបទិកកម្រិតខ្ពស់ និងការភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមក។ វិធីសាស្រ្តរួមបញ្ចូលសំខាន់ពីរមានដូចខាងក្រោម៖ ការរួមបញ្ចូលផ្នែកខាងមុខ (FEOL) ដែលឧបករណ៍ចាប់រូបភាព និងត្រង់ស៊ីស្ទ័រត្រូវបានផលិតក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុនដែលអនុញ្ញាតឱ្យដំណើរការសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ប៉ុន្តែចាប់យកតំបន់បន្ទះឈីប។ ការរួមបញ្ចូលផ្នែកខាងក្រោយ (BEOL) ។ Photodetectors ត្រូវបានផលិតនៅលើលោហៈធាតុ ដើម្បីជៀសវាងការជ្រៀតជ្រែកជាមួយ CMOS ប៉ុន្តែត្រូវបានកំណត់ចំពោះសីតុណ្ហភាពដំណើរការទាប។
រូបភាពទី 2៖ ការឆ្លើយតប និងកម្រិតបញ្ជូនរបស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព Ge/Si ដែលមានល្បឿនលឿន
កម្មវិធីមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ
ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពល្បឿនលឿនគឺជាធាតុផ្សំដ៏សំខាន់នៅក្នុងជំនាន់បន្ទាប់នៃការតភ្ជាប់អន្តរមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ។ កម្មវិធីសំខាន់ៗរួមមានៈ ឧបករណ៍បញ្ជូនអុបទិក : 100G, 400G និងអត្រាខ្ពស់ជាងនេះ ដោយប្រើម៉ូឌុល PAM-4; កឧបករណ៍ចាប់រូបភាពកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់។(> 50 GHz) ត្រូវបានទាមទារ។
សៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា optoelectronic ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន: ការរួមបញ្ចូល monolithic នៃឧបករណ៍រាវរកជាមួយម៉ូឌុលនិងសមាសភាគផ្សេងទៀត; ម៉ាស៊ីនអុបទិកបង្រួម និងដំណើរការខ្ពស់។
ស្ថាបត្យកម្មចែកចាយ៖ ការតភ្ជាប់អុបទិករវាងកុំព្យូទ័រចែកចាយ ការផ្ទុក និងការផ្ទុក; ជំរុញតម្រូវការសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់ និងសន្សំសំចៃថាមពល។
ទស្សនវិស័យអនាគត
អនាគតនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានល្បឿនលឿនអុបតូអេឡិចត្រូនិចរួមបញ្ចូលគ្នានឹងបង្ហាញពីនិន្នាការដូចខាងក្រោមៈ
អត្រាទិន្នន័យខ្ពស់ជាងមុន៖ ជំរុញការអភិវឌ្ឍន៍នៃ 800G និង 1.6T transceivers; ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានកម្រិតបញ្ជូនធំជាង 100 GHz ត្រូវបានទាមទារ។
ការរួមបញ្ចូលដែលប្រសើរឡើង: ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបតែមួយនៃសម្ភារៈ III-V និងស៊ីលីកុន; បច្ចេកវិទ្យាសមាហរណកម្ម 3D កម្រិតខ្ពស់។
សម្ភារៈថ្មី៖ ការរុករកវត្ថុធាតុពីរវិមាត្រ (ដូចជាក្រាហ្វិន) សម្រាប់ការរកឃើញពន្លឺលឿនបំផុត។ យ៉ាន់ស្ព័ររបស់ក្រុម IV ថ្មីសម្រាប់ការគ្របដណ្តប់រលកចម្ងាយ។
កម្មវិធីដែលកំពុងរីកចម្រើន៖ LiDAR និងកម្មវិធីចាប់សញ្ញាផ្សេងទៀតកំពុងជំរុញការអភិវឌ្ឍន៍ APD ។ កម្មវិធីមីក្រូវ៉េវ photon ត្រូវការឧបករណ៍ចាប់រូបភាពកម្រិតលីនេអ៊ែរខ្ពស់។
ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពល្បឿនលឿន ជាពិសេស Ge ឬ Si photodetectors បានក្លាយជាកត្តាជំរុញដ៏សំខាន់នៃ optoelectronics ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និងការទំនាក់ទំនងអុបទិកជំនាន់ក្រោយ។ ការបន្តជឿនលឿននៃសម្ភារៈ ការរចនាឧបករណ៍ និងបច្ចេកវិជ្ជារួមបញ្ចូលមានសារៈសំខាន់ដើម្បីបំពេញតម្រូវការកម្រិតបញ្ជូនដែលកំពុងកើនឡើងនៃមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ និងបណ្តាញទូរគមនាគមន៍នាពេលអនាគត។ នៅពេលដែលវិស័យនេះបន្តវិវឌ្ឍ យើងអាចរំពឹងថានឹងឃើញឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានកម្រិតបញ្ជូនកាន់តែខ្ពស់ សំលេងរំខានទាប និងការរួមបញ្ចូលដោយគ្មានថ្នេរជាមួយសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិច និងរូបថត។
ពេលវេលាប្រកាស៖ ថ្ងៃទី ២០ ខែមករា ឆ្នាំ ២០២៥