ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງໂຟໂຕນິກຊິລິກອນ

ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງໂຟໂຕນິກຊິລິກອນ

ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງໂຟໂຕນິກໝາຍເຖິງການພົວພັນແບບໄດນາມິກທີ່ຖືກອອກແບບໂດຍເຈດຕະນາລະຫວ່າງແສງແລະສານ. ອົງປະກອບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທົ່ວໄປຂອງໂຟໂຕນິກແມ່ນຕົວດັດແປງແສງ. ທັງໝົດໃນປະຈຸບັນແມ່ນອີງໃສ່ຊິລິໂຄນຕົວດັດແປງແສງແມ່ນອີງໃສ່ຜົນກະທົບຂອງພາຫະນະທີ່ບໍ່ມີ plasma. ການປ່ຽນແປງຈຳນວນເອເລັກຕຣອນເສລີ ແລະ ຮູໃນວັດສະດຸຊິລິກອນໂດຍການເສີມ, ວິທີການທາງໄຟຟ້າ ຫຼື ທາງແສງສາມາດປ່ຽນແປງດັດຊະນີການຫັກເຫທີ່ສັບສົນຂອງມັນ, ເຊິ່ງເປັນຂະບວນການທີ່ສະແດງຢູ່ໃນສົມຜົນ (1,2) ທີ່ໄດ້ມາຈາກຂໍ້ມູນທີ່ເໝາະສົມຈາກ Soref ແລະ Bennett ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນ 1550 nanometers. ເມື່ອປຽບທຽບກັບເອເລັກຕຣອນ, ຮູເຮັດໃຫ້ເກີດການປ່ຽນແປງດັດຊະນີການຫັກເຫທີ່ແທ້ຈິງ ແລະ ສົມມຸດພາບຫຼາຍກວ່າ, ນັ້ນຄື, ພວກມັນສາມາດຜະລິດການປ່ຽນແປງໄລຍະທີ່ໃຫຍ່ກວ່າສຳລັບການປ່ຽນແປງການສູນເສຍທີ່ກຳນົດໃຫ້, ສະນັ້ນໃນເຄື່ອງປັບ Mach-Zehnderແລະຕົວປັບວົງແຫວນ, ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມັນມັກຈະໃຊ້ຮູເພື່ອເຮັດໃຫ້ຕົວປັບປ່ຽນໄລຍະ.

ຕ່າງໆຕົວປັບໂມດູເລຊິລິກອນ (Si)ປະເພດຕ່າງໆແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 10A. ໃນຕົວດັດແປງການສີດພາຫະນະ, ແສງສະຫວ່າງຕັ້ງຢູ່ໃນຊິລິໂຄນພາຍໃນຈຸດຕໍ່ຂາທີ່ກວ້າງຫຼາຍ, ແລະເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູຈະຖືກສີດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຕົວດັດແປງດັ່ງກ່າວມີຄວາມໄວຊ້າກວ່າ, ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມີແບນວິດ 500 MHz, ເພາະວ່າເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູເສລີໃຊ້ເວລາດົນກວ່າທີ່ຈະລວມຕົວກັນຫຼັງຈາກການສີດ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງນີ້ມັກຖືກໃຊ້ເປັນຕົວຫຼຸດຜ່ອນແສງທີ່ປ່ຽນແປງໄດ້ (VOA) ແທນທີ່ຈະເປັນຕົວດັດແປງ. ໃນຕົວດັດແປງການສູນເສຍພາຫະນະ, ສ່ວນແສງສະຫວ່າງຕັ້ງຢູ່ໃນຈຸດຕໍ່ pn ທີ່ແຄບ, ແລະຄວາມກວ້າງຂອງການສູນເສຍຂອງຈຸດຕໍ່ pn ຖືກປ່ຽນແປງໂດຍສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້. ຕົວດັດແປງນີ້ສາມາດເຮັດວຽກດ້ວຍຄວາມໄວເກີນ 50Gb/s, ແຕ່ມີການສູນເສຍການແຊກພື້ນຫຼັງສູງ. vpil ທົ່ວໄປແມ່ນ 2 V-cm. ຕົວດັດແປງເຄິ່ງຕົວນຳໂລຫະອອກໄຊ (MOS) (ຕົວຈິງແລ້ວແມ່ນເຄິ່ງຕົວນຳ-ອອກໄຊ-ເຄິ່ງຕົວນຳ) ປະກອບດ້ວຍຊັ້ນອອກໄຊບາງໆໃນຈຸດຕໍ່ pn. ມັນອະນຸຍາດໃຫ້ມີການສະສົມຂອງພາຫະນະບາງຢ່າງ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບການຫຼຸດລົງຂອງພາຫະນະ, ຊ່ວຍໃຫ້ VπL ນ້ອຍກວ່າປະມານ 0.2 V-cm, ແຕ່ມີຂໍ້ເສຍປຽບຂອງການສູນເສຍທາງແສງທີ່ສູງຂຶ້ນ ແລະ ຄວາມຈຸທີ່ສູງຂຶ້ນຕໍ່ໜ່ວຍຄວາມຍາວ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຍັງມີຕົວດັດແປງການດູດຊຶມໄຟຟ້າ SiGe ໂດຍອີງໃສ່ການເຄື່ອນໄຫວຂອງຂອບແຖບ SiGe (ໂລຫະປະສົມຊິລິຄອນເຢຍລະມະນີນຽມ). ນອກຈາກນັ້ນ, ຍັງມີຕົວດັດແປງກຣາຟີນທີ່ອີງໃສ່ກຣາຟີນເພື່ອສະຫຼັບລະຫວ່າງໂລຫະດູດຊຶມ ແລະ ສານກັນຄວາມຮ້ອນທີ່ໂປ່ງໃສ. ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມຫຼາກຫຼາຍຂອງການນຳໃຊ້ກົນໄກທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອບັນລຸການດັດແປງສັນຍານທາງແສງຄວາມໄວສູງ ແລະ ການສູນເສຍຕ່ຳ.

ຮູບທີ 10: (A) ແຜນວາດຕັດຂວາງຂອງການອອກແບບໂມດູເລເຊີແສງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນຕ່າງໆ ແລະ (B) ແຜນວາດຕັດຂວາງຂອງການອອກແບບເຄື່ອງກວດຈັບແສງ.

ເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ເຮັດດ້ວຍຊິລິໂຄນຫຼາຍອັນໄດ້ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 10B. ວັດສະດຸດູດຊຶມແມ່ນ germanium (Ge). Ge ສາມາດດູດຊຶມແສງທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນລົງເຖິງປະມານ 1.6 ໄມຄຣອນ. ຮູບເບື້ອງຊ້າຍແມ່ນໂຄງສ້າງຂາທີ່ປະສົບຜົນສຳເລັດທາງການຄ້າຫຼາຍທີ່ສຸດໃນປະຈຸບັນ. ມັນປະກອບດ້ວຍຊິລິໂຄນທີ່ມີສ່ວນປະກອບ P-type ທີ່ Ge ເຕີບໂຕ. Ge ແລະ Si ມີຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ 4%, ແລະເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການເຄື່ອນທີ່, ຊັ້ນບາງໆຂອງ SiGe ຈະຖືກເຕີບໂຕເປັນຊັ້ນບັຟເຟີກ່ອນ. ການເສີມສ່ວນປະກອບ N-type ຖືກປະຕິບັດຢູ່ເທິງສຸດຂອງຊັ້ນ Ge. ໂຟໂຕໄດໂອດໂລຫະ-ເຄິ່ງຕົວນຳ-ໂລຫະ (MSM) ແມ່ນສະແດງຢູ່ກາງ, ແລະ APD (ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ) ສະແດງຢູ່ເບື້ອງຂວາ. ພາກພື້ນ avalanche ໃນ APD ຕັ້ງຢູ່ໃນ Si, ເຊິ່ງມີລັກສະນະສຽງລົບກວນຕ່ຳກວ່າເມື່ອທຽບກັບພາກພື້ນ avalanche ໃນວັດສະດຸທາດກຸ່ມ III-V.

ໃນປະຈຸບັນ, ຍັງບໍ່ມີວິທີແກ້ໄຂທີ່ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ຊັດເຈນໃນການລວມເອົາການຂະຫຍາຍສັນຍານແສງກັບໂຟໂຕນິກຊິລິກອນ. ຮູບທີ 11 ສະແດງໃຫ້ເຫັນທາງເລືອກທີ່ເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍຢ່າງທີ່ຈັດລຽງຕາມລະດັບການປະກອບ. ຢູ່ເບື້ອງຊ້າຍສຸດແມ່ນການປະສົມປະສານແບບ monolithic ທີ່ປະກອບມີການໃຊ້ germanium (Ge) ທີ່ປູກ epitaxially ເປັນວັດສະດຸຂະຫຍາຍສັນຍານແສງ, ຄື້ນນຳທາງແກ້ວທີ່ເສີມດ້ວຍ erbium (Er) (ເຊັ່ນ Al2O3, ເຊິ່ງຕ້ອງການການສູບແສງ), ແລະຈຸດ quantum gallium arsenide (GaAs) ທີ່ປູກ epitaxially. ຖັນຕໍ່ໄປແມ່ນການປະກອບ wafer ກັບ wafer, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການຜູກມັດອົກໄຊ ແລະ ອິນຊີໃນພາກພື້ນການຂະຫຍາຍສັນຍານກຸ່ມ III-V. ຖັນຕໍ່ໄປແມ່ນການປະກອບ chip-to-wafer, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການຝັງ chip ກຸ່ມ III-V ເຂົ້າໄປໃນຊ່ອງຂອງ wafer ຊິລິກອນ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນເຄື່ອງຈັກໂຄງສ້າງຄື້ນນຳທາງ. ຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງວິທີການສາມຖັນທຳອິດນີ້ແມ່ນວ່າອຸປະກອນສາມາດທົດສອບການເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງເຕັມທີ່ພາຍໃນ wafer ກ່ອນການຕັດ. ຖັນຂວາສຸດແມ່ນການປະກອບ chip-to-chip, ລວມທັງການເຊື່ອມຕໍ່ໂດຍກົງຂອງຊິລິກອນກັບຊິລິກອນກຸ່ມ III-V, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບການເຊື່ອມຕໍ່ຜ່ານເລນ ແລະ ຕົວເຊື່ອມຕໍ່ຕາຂ່າຍ. ແນວໂນ້ມໄປສູ່ການນຳໃຊ້ທາງການຄ້າກຳລັງເຄື່ອນຍ້າຍຈາກເບື້ອງຂວາໄປຫາເບື້ອງຊ້າຍຂອງຕາຕະລາງໄປສູ່ວິທີແກ້ໄຂທີ່ປະສົມປະສານ ແລະ ປະສົມປະສານຫຼາຍຂຶ້ນ.

ຮູບທີ 11: ວິທີການປະສົມປະສານການຮັບແສງເຂົ້າກັບໂຟໂຕນິກທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນ. ເມື່ອທ່ານຍ້າຍຈາກຊ້າຍຫາຂວາ, ຈຸດແຊກການຜະລິດຈະຄ່ອຍໆເຄື່ອນຍ້າຍກັບຄືນໃນຂະບວນການ.