ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics အတွက်၊ ဆီလီကွန် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ (Si photodetector)

ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics အတွက်၊ silicon photodetectors

ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများအလင်းအချက်ပြမှုများကို လျှပ်စစ်အချက်ပြမှုများအဖြစ် ပြောင်းလဲကာ ဒေတာလွှဲပြောင်းမှုနှုန်းများ ဆက်လက်တိုးတက်ကောင်းမွန်လာသည်နှင့်အမျှ ဆီလီကွန်အခြေပြု optoelectronics ပလပ်ဖောင်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော မြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများသည် မျိုးဆက်သစ်ဒေတာစင်တာများနှင့် ဆက်သွယ်ရေးကွန်ရက်များအတွက် အဓိကသော့ချက်ဖြစ်လာပါသည်။ ဤဆောင်းပါးသည် ဆီလီကွန်အခြေခံဂျာမနီယမ် (Ge သို့မဟုတ် Si photodetector) ကို အလေးပေးထားသည့် အဆင့်မြင့် မြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ၏ ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ကို ပေးပါမည်။ဆီလီကွန်ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများပေါင်းစပ် optoelectronics နည်းပညာအတွက်။

Germanium သည် CMOS လုပ်ငန်းစဉ်များနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်သောကြောင့် ဆီလီကွန်ပလပ်ဖောင်းများပေါ်ရှိ အနီအောက်ရောင်ခြည်ဖြင့် အလင်းရှာဖွေခြင်းအတွက် ဆွဲဆောင်မှုရှိသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်ပြီး တယ်လီကွန်မြူနီကေးရှင်းလှိုင်းအလျားတွင် အလွန်အားကောင်းသော စုပ်ယူမှုရှိပါသည်။ အသုံးအများဆုံး Ge/Si photodetector ဖွဲ့စည်းပုံမှာ ပင်ကိုယ် ဂျာမနီယမ်ကို P-type နှင့် N-type ဒေသများကြားတွင် ညှပ်ထားသည့် pin diode ဖြစ်သည်။

စက်ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံ ပုံ 1 တွင် ပုံမှန်ဒေါင်လိုက်ပင်နံပါတ် Ge သို့မဟုတ် ပြထားသည်။Si photodetectorဖွဲ့စည်းပုံ-

အဓိကအင်္ဂါရပ်များပါဝင်သည်- ဂျာမနီယမ်စုပ်ယူနိုင်သောအလွှာ၊ တာဝန်ခံသယ်ဆောင်သူများ၏ p နှင့် n အဆက်အသွယ်များကို စုဆောင်းရန် အသုံးပြုသည်။ အလင်းစုပ်ယူမှုအားကောင်းစေရန် Waveguide coupling။

Epitaxial ကြီးထွားမှု- ဆီလီကွန်ပေါ်ရှိ အရည်အသွေးမြင့် ဂျာမနီယမ်ကြီးထွားမှုသည် ပစ္စည်းနှစ်ခုကြား 4.2% ရာဇမတ်ကွက်မတူညီမှုကြောင့် စိန်ခေါ်မှုဖြစ်သည်။ နှစ်ဆင့် ကြီးထွားမှု လုပ်ငန်းစဉ်ကို အများအားဖြင့် အသုံးပြုသည်- အပူချိန်နိမ့်သော (300-400°C) ကြားခံအလွှာ ကြီးထွားမှုနှင့် ဂျာမနီယမ်၏ မြင့်မားသော အပူချိန် (600°C အထက်) တွင် အပ်နှံခြင်း။ ဤနည်းလမ်းသည် ရာဇမတ်ကွက်မညီခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော threading dislocation များကို ထိန်းချုပ်ရန် ကူညီပေးပါသည်။ ကြီးထွားပြီးနောက် 800-900°C တွင် ပေါင်းထည့်ခြင်းဖြင့် threading dislocation သိပ်သည်းဆကို 10^7 cm^-2 ခန့်အထိ လျှော့ချပေးသည်။ စွမ်းဆောင်ရည်လက္ခဏာများ- အဆင့်မြင့်ဆုံး Ge/Si PIN ဓာတ်ပုံdetector သည် တုံ့ပြန်နိုင်စွမ်း၊ > 0.8A/W တွင် 1550 nm; Bandwidth,>60 GHz; မှောင်သောလက်ရှိ၊ <1 μA မှာ -1 V ဘက်လိုက်မှု။

ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics ပလပ်ဖောင်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်း။

ပေါင်းစည်းမှုမြန်နှုန်းမြင့် photodetectorsဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics ပလပ်ဖောင်းများဖြင့် အဆင့်မြင့် optical transceivers များနှင့် အပြန်အလှန်ချိတ်ဆက်မှုများကို လုပ်ဆောင်ပေးသည်။ ပင်မပေါင်းစည်းမှုနည်းလမ်းနှစ်ခုမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်- ရှေ့အဆုံးပေါင်းစည်းခြင်း (FEOL)၊ photodetector နှင့် transistor ကို အပူချိန်မြင့်မားစွာလုပ်ဆောင်နိုင်သော်လည်း ချစ်ပ်ဧရိယာကို ယူဆောင်နိုင်သော ဆီလီကွန်အလွှာပေါ်တွင် တစ်ပြိုင်နက်ထုတ်လုပ်သည့် Front-end integration (FEOL)။ Back-end ပေါင်းစပ်မှု (BEOL)။ Photodetectors များသည် CMOS ကို အနှောင့်အယှက်မဖြစ်စေရန် သတ္တု၏ထိပ်တွင် ထုတ်လုပ်ထားသော်လည်း အပူချိန်နိမ့်ကျစေရန် ကန့်သတ်ထားသည်။

ပုံ 2- မြန်နှုန်းမြင့် Ge/Si photodetector ၏တုံ့ပြန်မှုနှင့် bandwidth

ဒေတာစင်တာလျှောက်လွှာ

မြန်နှုန်းမြင့် photodetectors များသည် data center အပြန်အလှန်ချိတ်ဆက်မှု၏မျိုးဆက်သစ်အတွက်အဓိကအစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ အဓိကအပလီကေးရှင်းများတွင် PAM-4 မော်ဂျူလာကို အသုံးပြု၍ အလင်းပြန်ကြားခံစနစ် :100G၊ 400G နှင့် ပိုမိုမြင့်မားသောနှုန်းထားများ ပါဝင်သည်။ တစ်မြင့်မားသော bandwidth photodetector(> 50 GHz) လိုအပ်သည်။

ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronic ပေါင်းစပ်ပတ်လမ်း- မော်ဂျူလာကိရိယာနှင့် အခြားအစိတ်အပိုင်းများနှင့်အတူ detector ၏ monolithic ပေါင်းစပ်မှု၊ ကျစ်လစ်သော၊ စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် optical အင်ဂျင်။

ဖြန့်ဝေထားသော ဗိသုကာ- ဖြန့်ဝေထားသော ကွန်ပျူတာ၊ သိုလှောင်မှု နှင့် သိုလှောင်မှုအကြား အလင်းချိတ်ဆက်မှု။ စွမ်းအင်သက်သာပြီး လှိုင်းနှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံdetectors များအတွက် လိုအပ်ချက်ကို မောင်းနှင်ပါ။

အနာဂတ်အမြင်

ပေါင်းစပ် optoelectronic မြန်နှုန်းမြင့် photodetectors များ၏အနာဂတ်သည် အောက်ပါလမ်းကြောင်းများကို ပြသလိမ့်မည်-

ပိုမိုမြင့်မားသောဒေတာနှုန်းများ- 800G နှင့် 1.6T transceivers များ၏ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကိုမောင်းနှင်ခြင်း၊ 100 GHz ထက်ကြီးသော bandwidth ရှိသော Photodetectors လိုအပ်ပါသည်။

ပိုမိုကောင်းမွန်သောပေါင်းစပ်မှု- III-V ပစ္စည်းနှင့် ဆီလီကွန် တစ်ခုတည်း ချစ်ပ်ပေါင်းစပ်မှု။ အဆင့်မြင့် 3D ပေါင်းစပ်နည်းပညာ။

ပစ္စည်းအသစ်များ- အလွန်လျှင်မြန်သောအလင်းကိုသိရှိနိုင်စေရန်အတွက် နှစ်ဖက်မြင်ပစ္စည်းများ (ဂရပ်ဖင်းကဲ့သို့) စူးစမ်းရှာဖွေခြင်း၊ တိုးချဲ့လှိုင်းအလျားလွှမ်းခြုံမှုအတွက် Group IV သတ္တုစပ်အသစ်။

ပေါ်ပေါက်လာသော အက်ပ်လီကေးရှင်းများ- LiDAR နှင့် အခြားသော အာရုံခံအက်ပ်လီကေးရှင်းများသည် APD ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို တွန်းအားပေးနေသည်။ မြင့်မားသော linearity photodetectors လိုအပ်သောမိုက်ခရိုဝေ့ဖိုတွန်အပလီကေးရှင်းများ။

မြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ အထူးသဖြင့် Ge သို့မဟုတ် Si photodetectors များသည် ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics နှင့် မျိုးဆက်သစ် optical ဆက်သွယ်မှုများ၏ အဓိကမောင်းနှင်အားဖြစ်လာခဲ့သည်။ ပစ္စည်းများ၊ စက်ပစ္စည်းဒီဇိုင်းနှင့် ပေါင်းစပ်နည်းပညာများတွင် ဆက်လက်တိုးတက်မှုများသည် အနာဂတ်ဒေတာစင်တာများနှင့် ဆက်သွယ်ရေးကွန်ရက်များ၏ ကြီးထွားလာသော bandwidth လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းရန် အရေးကြီးပါသည်။ နယ်ပယ်သည် ဆက်လက်တိုးတက်ပြောင်းလဲလာသည်နှင့်အမျှ၊ ပိုမိုမြင့်မားသော bandwidth၊ ဆူညံသံနည်းပါးသော၊ နှင့် အီလက်ထရွန်နစ်နှင့် photonic circuit များဖြင့် ချောမွေ့စွာပေါင်းစပ်ထားသည့် photodetectors များကို ကျွန်ုပ်တို့မြင်တွေ့နိုင်မည်ဖြစ်သည်။