|
|
引言
" u) h* g$ @, O& i+ _0 r硅基光电子互连正在通过高数据吞吐量和低功耗的特点，推动着数据通信技术的革新。在这些系统中，谐振调制器在密集波分复用(DWDM)链路中发挥着核心作用。这些调制器结合了波长选择性、小型化和能源效率三个特点，对下一代光通信具有重要意义。
# I% \! V0 L1 `, B7 q9 f
fsp4ud45m5v64033154825.png
1 l/ }! B& k6 g
* x, I: F& v2 Q4 H/ a器件架构与制造
* G2 M: f( V3 b4 e9 ^) ~- E垂直结微盘调制器的开发代表了硅基光电子技术的重大进步。这些器件在300毫米CMOS晶圆厂制造，与现有的半导体制造工艺完全兼容。这项创新的关键在于选择性衬底凹蚀工艺，显著提高了热效率。
; f. U$ s3 R$ q8 K0 R4 h
dzydr1zzd2j64033154926.png
5 A3 ^; X0 m9 k o
图1：微盘调制器的全面展示：(a)显示凹蚀沟槽开口的器件布局和完全释放器件的扫描电镜图像，(b)硅图形化后的微盘调制器扫描电镜图像，(c)温度灵敏度仿真显示80度范围内的π/2相移，(d)释放器件的光学显微镜图像，(e)显示60 pm/V调制效率的电光耗尽响应，(f)显示宽自由光谱范围和Pπ = 8.4 mW的热光响应。0 B9 g m1 K# {5 R, k, u
1 q; \- N6 `8 a1 N" d* x热管理与效率% I+ p- r* z" c. I% G; q
硅基光电子器件面临的主要挑战之一是热管理。硅的强热光系数需要精确的温度控制以保持稳定运行。传统方法依赖集成微加热器，但这些加热器通常消耗约25 mW功率，对低功耗应用不利。本设计的突破在于选择性衬底凹蚀工艺，将热调谐效率提高了三倍以上。: ?; _+ T/ v, w
( E6 w: b7 ^9 r( a4 i z& t
性能特征8 R3 s2 x$ U2 h# T! M
该器件实现了显著的性能指标。对于半径4.5微米的代表性器件，主要热学指标包括：
; X8 O! j# p! f6 S7 ~3 f功耗(Pπ)为8.4 mW6 D \7 B6 w% J* Q
工作电压(Vπ)为2.7 V6 l9 G1 z- T, @9 j1 U( ]- i+ b3 ]
调制效率约60 pm/V0 B" n `7 P/ w8 t* m
热效率为0.67 mW/nm5 Y \$ u$ l/ d; c8 J
) i" i: w( K! ]; A5 _+ Z9 K
垂直结设计使结与光学回廊模式之间的重叠最大化，在保持CMOS兼容电压水平的同时实现了优异的调制效率。设计包括盘内部的掺杂硅电阻，以及100纳米宽的全硅刻蚀，将加热器与结接触隔离。
. @- L. z" d( F( `# \# p8 P+ q2 b- E* F c a
制造工艺与创新
! z& ]" `$ G: t8 f* H; O& b! A# E6 M8 W制造工艺包含多个在晶圆级别执行的复杂步骤。器件通过AIM Photonics在300毫米晶圆上生产，特别考虑了凹蚀工艺。工艺包括：& t) G6 `* z$ G f
在器件周围定义沟槽开口
! W# y2 N, e/ I0 r使用掺杂硅电阻集成微加热器
( C% H" N9 N; R! C5 W% g* y1 D9 x: M7 T0 n实现100纳米宽硅刻蚀以隔离加热器
, k% s x+ F9 J9 N* W使用感应耦合等离子体反应离子刻蚀进行选择性衬底凹蚀) i( ~4 h4 h4 H, @" @: Q
使用气相二氟化氙刻蚀进行最终释放
1 b1 \9 |/ Z g1 u7 X2 G
) t8 ^9 q; x: H0 J# u未来展望+ C- a8 z. e% c n! y8 Y* O: S5 \& d
仿真结果表明，通过加热器几何结构优化，下一代设计的功耗可进一步降低到约3 mW，比当前标准提高了10倍。高效率、小型化和宽自由光谱范围的结合，使这些器件在未来DWDM硅基光电子链路中具有重要应用价值。
9 [2 c3 O1 f; J
+ M2 _( ~ I6 l& Z9 I: K总结- S6 F( C5 p/ c' l' O# e1 ?7 i
谐振调制器设计的创新标志着硅基光电子技术的进步。在保持CMOS兼容性的同时实现了记录性的热光效率，为高并行DWDM链路和光电共封装创造了新机遇。
2 F; T; M9 f, p2 z9 g; A- N2 X& F0 K
参考文献6 ?# U6 s; _+ C# h* x; {2 {$ x
[1] Rizzo, V. Deenadayalan, M. van Niekerk, G. Leake, C. Tison, A. Novick, D. Coleman, K. Bergman, S. Preble, and M. Fanto, "Ultra-Efficient Foundry-Fabricated Resonant Modulators with Thermal Undercut," in 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 2023.
* q) T C2 q! O0 ]) z
4 j6 n1 [+ r1 uEND9 C6 U' k. h# ^2 q2 a" t- i
: p0 R& p3 j( D8 u( w
8 z) S+ K$ G4 I" z3 t K软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
0 _# m4 x* P/ a1 a; B点击左下角"阅读原文"马上申请. j! j G: i% y" z9 b* X* R8 c
0 U# u C4 N- L* S' E
欢迎转载' Y- h8 n s' o4 F! i
: `- B$ k2 {, c% I( c+ V' n
转载请注明出处，请勿修改内容和删除作者信息！6 [. E8 i2 R" ]; F6 O
: y. A4 b- k, \6 e b
2 B+ H1 Z( Q5 f( S+ Z$ n) S) h L/ G7 q u8 I4 j3 y
tvj0vprpuht64033155026.gif
( |$ x, A' o: |) d9 }
2 c+ w2 B$ P4 I7 f
关注我们
* D9 s1 X" ]5 P1 c' J. c6 Z. ]* R$ Z9 a3 d# N7 K1 U
) Z1 k$ P; Q% i2 b, ~
ofzyttl01xh64033155126.png
1 D H$ o" ]: s8 Y# C6 b- H
|
7 H, b# z* U7 M
0ciluq5m3vv64033155226.png
/ o1 [4 J# A9 g3 `$ M4 k
|
4 N( b) m& i* {# n. P6 N
qhu3rr11a0o64033155326.png
6 C. K) C) P* A e$ ^* ?6 g
|
; f$ A7 n$ V, |1 N% s* L- S, p" C# T# S2 {% Q" Z
. q4 x0 T/ T' E8 R6 p
u' O( e5 z1 E2 Y! ]6 ]
关于我们：
2 Q, ?! z7 m, V9 B深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。% n! o1 }1 z: \& n8 W
- Z: K) o) z! ]+ n6 l* Yhttp://www.latitudeda.com/3 @ I# q. M9 m( u0 \
（点击上方名片关注我们，发现更多精彩内容） |
|
电子产业一站式赋能平台
窥视卡
置顶卡
变色卡
