ធាតុសកម្មហ្វូតូនិកស៊ីលីកុន

ធាតុសកម្មហ្វូតូនិកស៊ីលីកុន

សមាសធាតុសកម្មនៃហ្វូតូនិកសំដៅជាពិសេសទៅលើអន្តរកម្មថាមវន្តដែលត្រូវបានរចនាឡើងដោយចេតនារវាងពន្លឺ និងរូបធាតុ។ សមាសធាតុសកម្មធម្មតានៃហ្វូតូនិកគឺជាម៉ូឌុលអុបទិក។ សមាសធាតុទាំងអស់ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនបច្ចុប្បន្នឧបករណ៍​កែប្រែ​អុបទិកគឺផ្អែកលើឥទ្ធិពលនៃសារធាតុដឹកជញ្ជូនសេរីប្លាស្មា។ ការផ្លាស់ប្តូរចំនួនអេឡិចត្រុងសេរី និងរន្ធនៅក្នុងវត្ថុធាតុស៊ីលីកុនដោយការប្រើប្រាស់ដូប វិធីសាស្ត្រអគ្គិសនី ឬអុបទិកអាចផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរស្មុគស្មាញរបស់វា ដែលជាដំណើរការដែលបង្ហាញក្នុងសមីការ (1,2) ដែលទទួលបានដោយទិន្នន័យសមពី Soref និង Bennett នៅរលកប្រវែង 1550 ណាណូម៉ែត្រ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយអេឡិចត្រុង រន្ធបណ្តាលឱ្យមានសមាមាត្រធំជាងនៃការផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរពិត និងស្រមើស្រមៃ ពោលគឺពួកវាអាចបង្កើតការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលធំជាងសម្រាប់ការផ្លាស់ប្តូរការបាត់បង់ដែលបានផ្តល់ឱ្យ ដូច្នេះនៅក្នុងឧបករណ៍​កែប្រែ​សំឡេង Mach-Zehnderនិងឧបករណ៍កែប្រែរង្វង់ ជាធម្មតាវាត្រូវបានគេពេញចិត្តឱ្យប្រើរន្ធដើម្បីធ្វើឧបករណ៍កែប្រែដំណាក់កាល.

ផ្សេងៗសារធាតុ​កែប្រែ​ស៊ីលីកុន (Si)ប្រភេទត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 10A។ នៅក្នុងម៉ូឌុលបញ្ចូលឧបករណ៍ផ្ទុក ពន្លឺមានទីតាំងនៅក្នុងស៊ីលីកុនខាងក្នុងនៅក្នុងចំណុចប្រសព្វម្ជុលធំទូលាយមួយ ហើយអេឡិចត្រុង និងរន្ធត្រូវបានចាក់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ម៉ូឌុលបែបនេះមានល្បឿនយឺតជាង ជាធម្មតាមានកម្រិតបញ្ជូន 500 MHz ពីព្រោះអេឡិចត្រុង និងរន្ធសេរីត្រូវការពេលយូរដើម្បីបញ្ចូលគ្នាឡើងវិញបន្ទាប់ពីការចាក់។ ដូច្នេះ រចនាសម្ព័ន្ធនេះត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់ជាឧបករណ៍បន្ថយអុបទិកអថេរ (VOA) ជាជាងម៉ូឌុល។ នៅក្នុងម៉ូឌុលបន្ថយឧបករណ៍ផ្ទុក ផ្នែកពន្លឺមានទីតាំងនៅចំណុចប្រសព្វ pn តូចចង្អៀត ហើយទទឹងថយចុះនៃចំណុចប្រសព្វ pn ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរដោយដែនអគ្គិសនីដែលបានអនុវត្ត។ ម៉ូឌុលនេះអាចដំណើរការក្នុងល្បឿនលើសពី 50Gb/s ប៉ុន្តែមានការបាត់បង់ការបញ្ចូលផ្ទៃខាងក្រោយខ្ពស់។ vpil ធម្មតាគឺ 2 V-cm2។ ម៉ូឌុលពាក់កណ្តាលលោហៈអុកស៊ីដ (MOS) (តាមពិតទៅ ពាក់កណ្តាល-អុកស៊ីដ-ពាក់កណ្តាល) មានស្រទាប់អុកស៊ីដស្តើងនៅក្នុងចំណុចប្រសព្វ pn។ វាអនុញ្ញាតឱ្យមានការប្រមូលផ្តុំឧបករណ៍ផ្ទុកមួយចំនួន ក៏ដូចជាការថយចុះឧបករណ៍ផ្ទុក ដែលអនុញ្ញាតឱ្យ VπL តូចជាងប្រហែល 0.2 V-cm2 ប៉ុន្តែមានគុណវិបត្តិនៃការខាតបង់អុបទិកខ្ពស់ និងសមត្ថភាពខ្ពស់ជាងក្នុងមួយឯកតាប្រវែង។ លើសពីនេះ មានឧបករណ៍កែប្រែការស្រូបយកអគ្គិសនី SiGe ដែលផ្អែកលើចលនាគែមក្រុម SiGe (យ៉ាន់ស្ព័រស៊ីលីកុនអាល្លឺម៉ង់)។ លើសពីនេះ មានឧបករណ៍កែប្រែក្រាហ្វីនដែលពឹងផ្អែកលើក្រាហ្វីនដើម្បីប្តូររវាងលោហៈស្រូបយក និងអ៊ីសូឡង់ថ្លា។ ទាំងនេះបង្ហាញពីភាពចម្រុះនៃការអនុវត្តយន្តការផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីសម្រេចបាននូវការកែប្រែសញ្ញាអុបទិកល្បឿនលឿន និងការខាតបង់ទាប។

រូបភាពទី 10: (ក) ដ្យាក្រាមកាត់ផ្នែកនៃការរចនាឧបករណ៍កែប្រែអុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនផ្សេងៗ និង (ខ) ដ្យាក្រាមកាត់ផ្នែកនៃការរចនាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអុបទិក។

ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនជាច្រើនត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 10B។ សម្ភារៈស្រូបយកគឺ germanium (Ge)។ Ge អាចស្រូបយកពន្លឺនៅរលកពន្លឺរហូតដល់ប្រហែល 1.6 មីក្រូន។ បង្ហាញនៅខាងឆ្វេងគឺជារចនាសម្ព័ន្ធម្ជុលដែលទទួលបានជោគជ័យបំផុតខាងពាណិជ្ជកម្មនាពេលបច្ចុប្បន្ន។ វាត្រូវបានផ្សំឡើងពីស៊ីលីកុនប្រភេទ P ដែល Ge លូតលាស់។ Ge និង Si មានភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះសៀគ្វី 4% ហើយដើម្បីកាត់បន្ថយការផ្លាស់ទីលំនៅ ស្រទាប់ស្តើងនៃ SiGe ត្រូវបានដាំដុះជាមុនសិនជាស្រទាប់សតិបណ្ដោះអាសន្ន។ ការដូបប្រភេទ N ត្រូវបានអនុវត្តនៅផ្នែកខាងលើនៃស្រទាប់ Ge។ ហ្វូតូឌីយ៉ូដលោហៈ-ស៊ីមីកុងដុកទ័រ-លោហៈ (MSM) ត្រូវបានបង្ហាញនៅចំកណ្តាល ហើយ APD (ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិលធ្លាក់) ត្រូវបានបង្ហាញនៅខាងស្តាំ។ តំបន់​រអិល​ធ្លាក់​ព្រិល​ក្នុង APD មានទីតាំងនៅ Si ដែលមានលក្ខណៈសំឡេងទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងតំបន់រអិលធ្លាក់ព្រិលនៅក្នុងវត្ថុធាតុធាតុក្រុម III-V។

បច្ចុប្បន្ននេះ មិនមានដំណោះស្រាយណាមួយដែលមានគុណសម្បត្តិជាក់ស្តែងក្នុងការរួមបញ្ចូល gain អុបទិកជាមួយ silicon photonics ទេ។ រូបភាពទី 11 បង្ហាញជម្រើសដែលអាចធ្វើទៅបានជាច្រើនដែលរៀបចំតាមកម្រិតនៃការផ្គុំ។ នៅខាងឆ្វេងបំផុតគឺជាការរួមបញ្ចូល monolithic ដែលរួមមានការប្រើប្រាស់ germanium (Ge) ដែលដាំដុះ epitaxially ជាសម្ភារៈ gain អុបទិក waveguides កញ្ចក់ដែលមាន erbium-doped (Er) (ដូចជា Al2O3 ដែលតម្រូវឱ្យមានការបូមអុបទិក) និងចំណុច quantum gallium arsenide (GaAs) ដែលដាំដុះ epitaxially។ ជួរឈរបន្ទាប់គឺជាការផ្គុំ wafer ទៅ wafer ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងអុកស៊ីដ និងចំណងសរីរាង្គនៅក្នុងតំបន់ gain ក្រុម III-V។ ជួរឈរបន្ទាប់គឺជាការផ្គុំ chip-to-wafer ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការបង្កប់បន្ទះឈីបក្រុម III-V ចូលទៅក្នុងប្រហោងនៃ wafer ស៊ីលីកុន ហើយបន្ទាប់មកកែច្នៃរចនាសម្ព័ន្ធ waveguide។ អត្ថប្រយោជន៍នៃវិធីសាស្រ្តជួរឈរបីដំបូងនេះគឺថាឧបករណ៍អាចត្រូវបានសាកល្បងមុខងារពេញលេញនៅខាងក្នុង wafer មុនពេលកាត់។ ជួរឈរខាងស្តាំបំផុតគឺជាការផ្គុំ chip-to-chip រួមទាំងការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់នៃបន្ទះឈីបស៊ីលីកុនទៅនឹងបន្ទះឈីបក្រុម III-V ក៏ដូចជាការភ្ជាប់តាមរយៈកែវ និងឧបករណ៍ភ្ជាប់ grating។ និន្នាការឆ្ពោះទៅរកកម្មវិធីពាណិជ្ជកម្មកំពុងផ្លាស់ប្តូរពីខាងស្តាំទៅខាងឆ្វេងនៃតារាងឆ្ពោះទៅរកដំណោះស្រាយដែលរួមបញ្ចូលគ្នា និងរួមបញ្ចូលគ្នាកាន់តែច្រើន។

រូបភាពទី 11: របៀបដែលការពង្រីកអុបទិកត្រូវបានរួមបញ្ចូលទៅក្នុងហ្វូតូនិកដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ នៅពេលអ្នកផ្លាស់ទីពីឆ្វេងទៅស្តាំ ចំណុចបញ្ចូលផលិតកម្មនឹងផ្លាស់ទីថយក្រោយបន្តិចម្តងៗនៅក្នុងដំណើរការ។