សារធាតុសកម្ម ស៊ីលីកុន តូនិច

សារធាតុសកម្ម ស៊ីលីកុន តូនិច

សមាសធាតុសកម្ម Photonics សំដៅជាពិសេសទៅលើអន្តរកម្មថាមវន្តដែលបានរចនាឡើងដោយចេតនារវាងពន្លឺ និងរូបធាតុ។ សមាសធាតុសកម្មធម្មតានៃ photonics គឺជាម៉ូឌុលអុបទិក។ ទាំងអស់ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនបច្ចុប្បន្នម៉ូឌុលអុបទិកផ្អែកលើឥទ្ធិពលនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនឥតគិតថ្លៃប្លាស្មា។ ការផ្លាស់ប្តូរចំនួននៃអេឡិចត្រុងសេរី និងរន្ធនៅក្នុងសម្ភារៈស៊ីលីកុនដោយវិធីសាស្រ្ត doping អគ្គិសនី ឬអុបទិកអាចផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរដ៏ស្មុគស្មាញរបស់វា ដែលជាដំណើរការដែលបង្ហាញក្នុងសមីការ (1,2) ដែលទទួលបានដោយទិន្នន័យសមគ្នាពី Soref និង Bennett នៅរលកចម្ងាយ 1550 nanometers . បើប្រៀបធៀបជាមួយអេឡិចត្រុង រន្ធបណ្តាលឱ្យមានសមាមាត្រធំជាងនៃការផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរពិត និងការស្រមើលស្រមៃ ពោលគឺពួកគេអាចបង្កើតការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលធំជាងសម្រាប់ការផ្លាស់ប្តូរការបាត់បង់ដែលបានផ្តល់ឱ្យ ដូច្នេះនៅក្នុងម៉ូឌុល Mach-Zehnderនិង ring modulators ជាធម្មតាវាចូលចិត្តប្រើរន្ធដើម្បីធ្វើម៉ូឌុលដំណាក់កាល.

ផ្សេងៗម៉ូឌុលស៊ីលីកុន (ស៊ី)ប្រភេទត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 10A ។ នៅក្នុងម៉ូឌុលចាក់បញ្ចូលតាមក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ពន្លឺស្ថិតនៅក្នុងស៊ីលីកុនខាងក្នុងនៅក្នុងប្រសព្វម្ជុលដ៏ធំទូលាយ ហើយអេឡិចត្រុង និងរន្ធត្រូវបានចាក់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ម៉ូឌុលបែបនេះមានល្បឿនយឺតជាង ជាធម្មតាមានកម្រិតបញ្ជូន 500 MHz ពីព្រោះអេឡិចត្រុង និងរន្ធទំនេរត្រូវចំណាយពេលយូរជាងក្នុងការផ្សំឡើងវិញបន្ទាប់ពីការចាក់។ ដូច្នេះ រចនាសម្ព័ន្ធនេះច្រើនតែប្រើជាឧបករណ៍បំប្លែងអុបទិកអថេរ (VOA) ជាជាងម៉ូឌុល។ នៅក្នុងម៉ូឌុល depletion របស់ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ផ្នែកពន្លឺស្ថិតនៅក្នុងប្រសព្វ pn តូចចង្អៀត ហើយទទឹង depletion នៃ pn junction ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរដោយវាលអគ្គិសនីដែលបានអនុវត្ត។ ម៉ូឌុលនេះអាចដំណើរការក្នុងល្បឿនលើសពី 50Gb/s ប៉ុន្តែមានការបាត់បង់ការបញ្ចូលផ្ទៃខាងក្រោយខ្ពស់។ vpil ធម្មតាគឺ 2 V-cm ។ ម៉ូឌូលទ័រអុកស៊ីដលោហៈ (MOS) (តាមពិតទៅ សារធាតុ semiconductor-oxide-semiconductor) មានស្រទាប់អុកស៊ីដស្តើងនៅក្នុងប្រសព្វ pn ។ វាអនុញ្ញាតឱ្យមានការប្រមូលផ្តុំក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនមួយចំនួន ក៏ដូចជាការថយចុះនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ដែលអនុញ្ញាតឱ្យ VπL តូចជាងប្រហែល 0.2 V-cm ប៉ុន្តែមានគុណវិបត្តិនៃការបាត់បង់អុបទិកខ្ពស់ និងសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងមួយឯកតាប្រវែង។ លើសពីនេះទៀត មានម៉ូឌុលស្រូបទាញអគ្គិសនី SiGe ដោយផ្អែកលើ SiGe ( silicon Germanium alloy ) ចលនាគែមនៃក្រុមតន្រ្តី។ លើសពីនេះទៀតមានម៉ូឌុល graphene ដែលពឹងផ្អែកលើ graphene ដើម្បីប្តូររវាងលោហៈស្រូបយកនិងអ៊ីសូឡង់ថ្លា។ ទាំងនេះបង្ហាញពីភាពចម្រុះនៃកម្មវិធីនៃយន្តការផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីសម្រេចបាននូវម៉ូឌុលរលកសញ្ញាអុបទិកដែលមានល្បឿនលឿន និងទាប។

រូបភាពទី 10: (A) ដ្យាក្រាមផ្នែកឆ្លងកាត់នៃការរចនាម៉ូឌុលអុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និង (B) ដ្យាក្រាមផ្នែកឆ្លងកាត់នៃការរចនាឧបករណ៍ចាប់អុបទិក។

ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនជាច្រើនត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 10B ។ សម្ភារៈស្រូបយកគឺ germanium (Ge) ។ Ge អាច​ស្រូប​យក​ពន្លឺ​នៅ​រយៈ​ពេល​រលក​ចុះ​ក្រោម​ប្រហែល 1.6 មីក្រូ​ម៉ែត្រ។ បង្ហាញនៅខាងឆ្វេងគឺជារចនាសម្ព័ន្ធម្ជុលដែលទទួលបានជោគជ័យបំផុតក្នុងពាណិជ្ជកម្មនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។ វាត្រូវបានផ្សំឡើងពីសារធាតុ P-type silicon ដែល Ge លូតលាស់។ Ge និង Si មានភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើ 4% ហើយដើម្បីកាត់បន្ថយការផ្លាស់ទីលំនៅ ស្រទាប់ស្តើងនៃ SiGe ត្រូវបានដាំដុះជាលើកដំបូងជាស្រទាប់ទ្រនាប់។ N-type doping ត្រូវបានអនុវត្តនៅផ្នែកខាងលើនៃស្រទាប់ Ge ។ photodiode លោហៈ semiconductor-metal (MSM) ត្រូវបានបង្ហាញនៅកណ្តាល ហើយ APD (ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិល) ត្រូវបានបង្ហាញនៅខាងស្តាំ។ តំបន់ avalanche ក្នុង APD មានទីតាំងនៅ Si ដែលមានលក្ខណៈសំលេងរំខានទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងតំបន់ avalanche នៅក្នុងក្រុម III-V ធាតុធាតុ។

នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ មិនមានដំណោះស្រាយជាមួយនឹងគុណសម្បត្តិជាក់ស្តែងក្នុងការរួមបញ្ចូលការទទួលបានអុបទិកជាមួយនឹងស៊ីលីកុនហ្វូតូនិចទេ។ រូបភាពទី 11 បង្ហាញពីជម្រើសដែលអាចធ្វើបានជាច្រើនដែលរៀបចំដោយកម្រិតនៃការជួបប្រជុំគ្នា។ នៅខាងឆ្វេងបំផុតគឺជាការរួមបញ្ចូល monolithic ដែលរួមមានការប្រើប្រាស់ germanium ដែលលូតលាស់ epitaxially (Ge) ជាសម្ភារៈទទួលបានអុបទិក, កញ្ចក់ erbium-doped (Er) waveguides (ដូចជា Al2O3 ដែលត្រូវការការបូមអុបទិក) និង gallium arsenide ដែលលូតលាស់ epitaxially (GaAs ) ចំណុចក្វាន់តាំ។ ជួរឈរបន្ទាប់គឺ wafer ទៅ wafer ជួបប្រជុំគ្នាដែលពាក់ព័ន្ធនឹងអុកស៊ីដនិងការផ្សារភ្ជាប់សរីរាង្គនៅក្នុងតំបន់ទទួលបានក្រុម III-V ។ ជួរឈរបន្ទាប់គឺការផ្គុំបន្ទះឈីបទៅ wafer ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការបង្កប់បន្ទះឈីបក្រុម III-V ចូលទៅក្នុងបែហោងធ្មែញនៃស៊ីលីកុន wafer ហើយបន្ទាប់មកធ្វើការកែច្នៃរចនាសម្ព័ន្ធរលក។ អត្ថប្រយោជន៍នៃវិធីសាស្រ្តបីជួរដំបូងនេះគឺថាឧបករណ៍នេះអាចត្រូវបានសាកល្បងមុខងារពេញលេញនៅខាងក្នុង wafer មុនពេលកាត់។ ជួរឈរខាងស្តាំបំផុតគឺការផ្គុំបន្ទះឈីបទៅបន្ទះឈីប រួមទាំងការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់នៃបន្ទះសៀគ្វីស៊ីលីកុនទៅនឹងបន្ទះសៀគ្វីក្រុម III-V ក៏ដូចជាការភ្ជាប់តាមរយៈកញ្ចក់ និងឧបករណ៍ភ្ជាប់ grating ។ និន្នាការឆ្ពោះទៅរកកម្មវិធីពាណិជ្ជកម្មកំពុងផ្លាស់ប្តូរពីខាងស្តាំទៅផ្នែកខាងឆ្វេងនៃគំនូសតាងឆ្ពោះទៅរកដំណោះស្រាយរួមបញ្ចូលគ្នា និងរួមបញ្ចូលគ្នាកាន់តែច្រើន។

រូបភាពទី 11: របៀបដែលការទទួលបានអុបទិកត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង photonics ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ នៅពេលអ្នកផ្លាស់ទីពីឆ្វេងទៅស្តាំ ចំណុចបញ្ចូលការផលិតនឹងផ្លាស់ទីបន្តិចម្តងៗនៅក្នុងដំណើរការ។