ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics အတွက်၊ ဆီလီကွန် photodetectors (Si photodetector)

ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics၊ ဆီလီကွန် photodetectors များအတွက်

ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများအလင်းအချက်ပြမှုများကို လျှပ်စစ်အချက်ပြမှုများအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲပေးပြီး၊ အချက်အလက်လွှဲပြောင်းမှုနှုန်းများ ဆက်လက်တိုးတက်ကောင်းမွန်လာသည်နှင့်အမျှ ဆီလီကွန်အခြေပြု အော်ပတိုအီလက်ထရွန်းနစ်ပလက်ဖောင်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော မြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများသည် နောက်မျိုးဆက်ဒေတာစင်တာများနှင့် ဆက်သွယ်ရေးကွန်ရက်များအတွက် အဓိကသော့ချက်ဖြစ်လာခဲ့သည်။ ဤဆောင်းပါးသည် ဆီလီကွန်အခြေပြု ဂျာမေနီယမ် (Ge သို့မဟုတ် Si ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ) ကို အလေးပေး၍ အဆင့်မြင့် မြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ၏ ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ကို ပေးပါမည်။ဆီလီကွန် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများပေါင်းစပ်ထားသော optoelectronics နည်းပညာအတွက်။

ဂျာမေနီယမ်သည် CMOS လုပ်ငန်းစဉ်များနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်ပြီး ဆက်သွယ်ရေးလှိုင်းအလျားများတွင် အလွန်အားကောင်းသော စုပ်ယူမှုရှိသောကြောင့် ဆီလီကွန်ပလက်ဖောင်းများပေါ်တွင် အနီအောက်ရောင်ခြည်အနီး အလင်းထောက်လှမ်းရန်အတွက် ဆွဲဆောင်မှုရှိသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ အသုံးအများဆုံး Ge/Si photodetector ဖွဲ့စည်းပုံမှာ pin diode ဖြစ်ပြီး ၎င်းတွင် အတွင်းပိုင်းဂျာမေနီယမ်ကို P-type နှင့် N-type ဒေသများအကြားတွင် ကြားညှပ်ထားသည်။

ကိရိယာဖွဲ့စည်းပုံ ပုံ ၁ တွင် ပုံမှန်ဒေါင်လိုက်တံ Ge သို့မဟုတ်Si ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာဖွဲ့စည်းပုံ:

အဓိကအင်္ဂါရပ်များတွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်- ဆီလီကွန်အောက်ခံပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော ဂျာမေနီယမ်စုပ်ယူအလွှာ၊ အားသွင်းသယ်ဆောင်သူများ၏ p နှင့် n အဆက်အသွယ်များကို စုဆောင်းရန်အသုံးပြုသည်၊ အလင်းကိုထိရောက်စွာစုပ်ယူရန်အတွက် Waveguide ချိတ်ဆက်မှု။

Epitaxial ကြီးထွားမှု- အရည်အသွေးမြင့် ဂျာမေနီယမ်ကို ဆီလီကွန်ပေါ်တွင် စိုက်ပျိုးခြင်းသည် ပစ္စည်းနှစ်ခုကြားရှိ 4.2% lattice မကိုက်ညီမှုကြောင့် စိန်ခေါ်မှုတစ်ရပ်ဖြစ်သည်။ အဆင့်နှစ်ဆင့် ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို များသောအားဖြင့် အသုံးပြုလေ့ရှိသည်- အပူချိန်နိမ့် (300-400°C) buffer layer ကြီးထွားမှုနှင့် အပူချိန်မြင့် (600°C အထက်) ဂျာမေနီယမ် အနည်ကျခြင်း။ ဤနည်းလမ်းသည် lattice မကိုက်ညီမှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော threading dislocations ကို ထိန်းချုပ်ရန် ကူညီပေးသည်။ 800-900°C တွင် post-growth annealing သည် threading dislocation density ကို 10^7 cm^-2 ခန့်အထိ လျော့ကျစေသည်။ စွမ်းဆောင်ရည် လက္ခဏာများ- အဆင့်မြင့်ဆုံး Ge/Si PIN photodetector သည် အောက်ပါတို့ကို ရရှိနိုင်သည်- တုံ့ပြန်မှု၊ 1550 nm တွင် > 0.8A /W; Bandwidth၊ >60 GHz; မှောင်သော လျှပ်စီးကြောင်း၊ -1 V bias တွင် <1 μA။

ဆီလီကွန်အခြေပြု optoelectronics ပလက်ဖောင်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်း

ပေါင်းစည်းမှုမြန်နှုန်းမြင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics ပလက်ဖောင်းများဖြင့် အဆင့်မြင့် optical transceiver များနှင့် interconnect များကို ဖွင့်ပေးသည်။ အဓိက integration နည်းလမ်းနှစ်ခုမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်- Front-end integration (FEOL)၊ photodetector နှင့် transistor ကို silicon substrate ပေါ်တွင် တစ်ပြိုင်နက်တည်း ထုတ်လုပ်ထားသော်လည်း အပူချိန်မြင့် processing ကို ပြုလုပ်နိုင်သည်။ Back-end integration (BEOL)။ Photodetector များကို CMOS နှင့် အနှောင့်အယှက်မဖြစ်စေရန် သတ္တုပေါ်တွင် ထုတ်လုပ်ထားသော်လည်း processing အပူချိန်နိမ့်များတွင်သာ ကန့်သတ်ထားသည်။

ပုံ ၂: မြန်နှုန်းမြင့် Ge/Si photodetector ၏ တုံ့ပြန်မှုနှင့် bandwidth

ဒေတာစင်တာအပလီကေးရှင်း

မြန်နှုန်းမြင့် photodetector များသည် နောက်မျိုးဆက် data center interconnection တွင် အဓိက အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ အဓိက အသုံးချမှုများတွင် optical transceiver များ- PAM-4 modulation ကို အသုံးပြု၍ 100G၊ 400G နှင့် ပိုမိုမြင့်မားသော rate များ ပါဝင်သည်။bandwidth မြင့်မားသော photodetector(>50 GHz) လိုအပ်သည်။

ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronic integrated circuit: detector ကို modulator နှင့် အခြားအစိတ်အပိုင်းများနှင့် monolithic ပေါင်းစပ်မှု၊ ကျစ်လစ်သိပ်သည်းပြီး မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော optical engine။

ဖြန့်ဝေထားသော ဗိသုကာပုံစံ- ဖြန့်ဝေထားသော ကွန်ပျူတာ၊ သိုလှောင်မှုနှင့် သိုလှောင်မှုတို့အကြား အလင်းဆိုင်ရာ အပြန်အလှန်ဆက်သွယ်မှု၊ စွမ်းအင်ချွေတာသော၊ bandwidth မြင့်မားသော photodetector များအတွက် ဝယ်လိုအားကို မောင်းနှင်ပေးသည်။

အနာဂတ်အလားအလာ

ပေါင်းစပ်ထားသော optoelectronic မြန်နှုန်းမြင့် photodetector များ၏ အနာဂတ်သည် အောက်ပါခေတ်ရေစီးကြောင်းများကို ပြသလိမ့်မည်-

ပိုမိုမြင့်မားသောဒေတာနှုန်းထားများ- 800G နှင့် 1.6T transceiver များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို မောင်းနှင်ခြင်း၊ 100 GHz ထက်ပိုသော bandwidth များပါရှိသော Photodetector များ လိုအပ်ပါသည်။

ပိုမိုကောင်းမွန်သော ပေါင်းစပ်မှု- III-V ပစ္စည်းနှင့် ဆီလီကွန်တို့၏ ချစ်ပ်တစ်ခုတည်းပေါင်းစပ်မှု၊ အဆင့်မြင့် 3D ပေါင်းစပ်မှုနည်းပညာ။

ပစ္စည်းအသစ်များ- အလွန်မြန်ဆန်သောအလင်းထောက်လှမ်းမှုအတွက် နှစ်ဘက်မြင်ပစ္စည်းများ (ဥပမာ ဂရပ်ဖင်း) ကို စူးစမ်းလေ့လာခြင်း၊ လှိုင်းအလျားလွှမ်းခြုံမှုကို တိုးချဲ့ရန်အတွက် Group IV သတ္တုစပ်အသစ်။

ပေါ်ထွက်လာသော အသုံးချမှုများ- LiDAR နှင့် အခြား sensing application များသည် APD ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို မောင်းနှင်နေပါသည်။ မြင့်မားသော linearity photodetector များ လိုအပ်သော မိုက်ခရိုဝေ့ဖ် photon application များ။

မြန်နှုန်းမြင့် ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများ၊ အထူးသဖြင့် Ge သို့မဟုတ် Si ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများသည် ဆီလီကွန်အခြေခံ optoelectronics နှင့် နောက်မျိုးဆက် optical ဆက်သွယ်ရေး၏ အဓိက မောင်းနှင်အားဖြစ်လာခဲ့သည်။ ပစ္စည်းများ၊ စက်ပစ္စည်းဒီဇိုင်းနှင့် ပေါင်းစပ်နည်းပညာများတွင် ဆက်လက်တိုးတက်မှုများသည် အနာဂတ်ဒေတာစင်တာများနှင့် ဆက်သွယ်ရေးကွန်ရက်များ၏ တိုးပွားလာသော bandwidth လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းရန်အတွက် အရေးကြီးပါသည်။ ဤနယ်ပယ်သည် ဆက်လက်တိုးတက်ပြောင်းလဲလာသည်နှင့်အမျှ bandwidth မြင့်မားခြင်း၊ ဆူညံသံနည်းပါးခြင်းနှင့် အီလက်ထရွန်းနစ်နှင့် ဖိုတိုနစ်ဆားကစ်များနှင့် ချောမွေ့စွာပေါင်းစပ်ခြင်းတို့ရှိသော ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများကို ကျွန်ုပ်တို့ မြင်တွေ့ရမည်ဟု မျှော်လင့်နိုင်ပါသည်။