Warlink Kona ----- Guides d'onde photoniques intégrés à infrarouge moyen germanium à nitrure de silicium
Introduction au projet
Une plate-forme germanium avec un indice de contraste important du revêtement du noyau, un guide d'onde germanium au nitrure de silicium, a été démontrée à la longueur d'onde moyenne infrarouge.La faisabilité de cette structure est vérifiée par simulationCette structure est obtenue en liant d'abord des plaquettes donneuses germanium sur silicium déposées avec du nitrure de silicium à des plaquettes de substrat de silicium.et obtention de la structure du germanium sur le nitrure de silicium par méthode de transfert de couche, qui est évolutif pour toutes les tailles de plaquettes.
Je vous présente
La photonique à base de silicium a reçu beaucoup d'attention ces dernières années en raison de sa compatibilité avec les processus CMOS et de son potentiel d'intégration avec la microélectronique.Les chercheurs ont essayé d'étendre la longueur d'onde de fonctionnement de la photonique à l'infrarouge moyen (MIR), défini ici comme 2-15 μm, car il existe des applications prometteuses dans le MIR, telles que les communications de nouvelle génération, la détection biochimique, la surveillance de l'environnement, et plus encore.Le silicium sur les isolants standard (SOI) ne convient pas au MIR car la perte de matériau pour enterrer les couches d'oxyde devient très élevée à 3Beaucoup d'efforts ont été faits pour trouver un système de matériaux alternatif qui pourrait fonctionner sur Mir.La technologie des guides d'ondes Silicon on Sapphire (SOS) a été poursuivie pour étendre la plage de longueur d'onde de fonctionnement à 4.4lm. Des guides d'ondes au nitrure de silicium (SON), qui offrent une large plage de transparence de 1,2-6,7 μm, ont également été proposés.ce qui en fait une bonne alternative aux SOI.
Le germanium sur isolant (GOI) a été proposé, et des guides d'ondes passifs et des modulateurs de germanium actifs ont été fabriqués sur la plateforme, mais comme mentionné ci-dessus,enterrer des couches d'oxyde limite en fait la transparence de la plateformeLe germanium sur les SOI présente également des avantages électriques.La plateforme germanium sur silicium (GOS) est actuellement largement utilisée dans la recherche en photonics et a déjà réalisé un certain nombre de réalisations impressionnantes.La plus faible perte de propagation du guide d'onde germanium sur cette plateforme est seulement rapportée pour une perte de 0,6 dB/cm. Cependant, le germanium (n. 4.le rayon de flexion du GOS doit être proportionnellement supérieur au rayon de flexion du SOI, ce qui entraîne une zone de couverture des dispositifs sur la puce GOS généralement supérieure à la SOI.Ce qui est nécessaire, c'est une meilleure plate-forme de guidage d'ondes de germanium alternative qui fournira un meilleur contraste de l'indice de réfraction du revêtement du noyau que le GOS, ainsi qu'une transparence utile et un rayon de courbure du canal plus petit.
Afin d'atteindre ces objectifs, la structure proposée et mise en œuvre dans ce travail est le nitrure de germanium sur silicium, ici appelé GON.L'indice de réfraction de notre nitrure de silicium PECVD (SiNx) a été mesuré par ellipsométrie à 3.8lm. La transparence de SiNx est généralement jusqu'à environ 7,5 mm. Donc le contraste exponentiel dans GON est. Une fois que cette plate-forme Ge fonctionnant dans la gamme MIR est mise en œuvre,Il y aura beaucoup de dispositifs photoniques passifs qui peuvent être fabriqués avec une empreinte compacte, tels que les interféromètres MachZehnder, les résonateurs à microrings, etc. Pour fabriquer un anneau compact, un petit rayon de flexion est requis,qui n'est possible que dans les guides d'onde à contraste élevé présentant de fortes limitations optiquesÀ l'avenir, des dispositifs de détection compacts peuvent également être réalisés sur la base de résonateurs à microrings avec de telles plates-formes en germanium.Nous avons développé une technologie viable et évolutive de liaison et de transfert de couche pour mettre en œuvre GON.
Une expérience
Les plates-formes germanium/silicone peuvent être fabriquées par plusieurs technologies, notamment la condensation du germanium, l'épitaxie en phase liquide et les techniques de transfert de couches.lorsque le germanium est cultivé directement sur du nitrure de silicium, la qualité des cristaux de germanium devrait être médiocre et une forte densité de défauts se forme.
Graphique 2. Comparé à GOS, la perte de flexion simulée du gouvernement du Népal est inférieure, ce qui indique que la perte de flexion du gouvernement du Népal est inférieure.
SiNx est amorphe. Ces défauts augmentent les pertes de dispersion. Dans ce travail, nous utilisons des techniques de liaison de wafer et de transfert de couche pour fabriquer GON comme indiqué sur la figure 2.Les plaquettes de donneurs de silicium utilisent un dépôt de vapeur chimique à pression réduite (RPCVD) et un processus de croissance en germanium en trois étapes.22 La couche épitaxielle de germanium est ensuite recouverte de nitrure de silicium et transférée sur un autre substrat de silicium pour obtenir des plaquettes GON.Certains puces de silicium germanium (GOS) (qui poussent de manière similaire mais ne transfèrent pas) ont été inclus dans des expériences ultérieuresLa couche finale de germanium a généralement une densité de dislocation de pénétration (TDD) de < 5106 cm2, une rugosité de surface < 1 nm et une tension de 0,2%.23la galette donneuse est nettoyée pour obtenir une surface exempte d'oxydes et de contaminantsAprès le processus de nettoyage, les plaquettes donneuses sont chargées dans le système Cello PECVD pour le dépôt de la souche de tension SiNx.Le recuit pendant quelques heures après le dépôt garantit que les gaz piégés dans la gaufre sont libérés pendant le dépôt.
Tous les traitements thermiques sont effectués à des températures inférieures à 40 °C. En outre, 1 mm supplémentaire de SiNx est déposé sur le dos de la plaquette pour compenser l'effet de flexion.Par dépôt chimique de vapeur de plasma à basse températureLa couche de liaison est en silice, ce qui facilite la liaison avec une autre plaque traitée au silicium.Les molécules d'eau se forment dans la réaction de liaisonPar conséquent, la silice a été choisie comme couche de liaison car elle peut absorber ces molécules d'eau, fournissant ainsi une haute qualité de liaison.24 La couche de collage est poli chimiquement mécaniquement (polissage chimio-mécanique) à 100 nm pour réduire la rugosité de la surface et la rendre adaptée à la collage des plaquettes.Avant la liaison, les deux surfaces sont exposées au plasma O2 pendant environ 15 secondes pour améliorer l'hydrophilie de la surface.
Après cela, l'étape de lavage Adi est ajoutée pour augmenter la densité du groupe hydroxyle de surface, déclenchant ainsi la liaison.Les paires de plaquettes liées sont ensuite recuit pendant environ 4 heures après la liaison à des températures inférieures à 30 ° C pour améliorer la résistance de la liaisonLes plaquettes de liaison sont examinées à l'aide d'images infrarouges pour vérifier la formation de vides interfaciaux.la plaque donneuse de silicium supérieure est broyée afin de transférer la couche de germanium/nitrure de silicium sur la plaque de substratIl est ensuite procédé à une gravure humide à l'aide de l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) pour enlever complètement la plaquette donneuse de silicium.l'arrêt de gravure se produit à l'interface germanium/silicone d'origine.
La couche d'interface germanium/silicium est ensuite enlevée par polissage chimique et mécanique.Il est donc évolutif pour toutes les tailles de pucesL'analyse par diffraction des rayons X (XRD) a été utilisée pour caractériser la qualité des films minces de germanium, en se référant au GOS après la fabrication des copeaux de Gunn, et les résultats sont présentés à la figure 4.L'analyse XRD montre que la qualité cristalline de la couche épitaxielle du germanium n'a aucun changement évident, et sa résistance maximale et sa forme de courbe sont similaires à celles du germanium sur une galette de silicium.
Graphique 4. Modèle XRD de la couche épitaxielle de Geng et de GOS germanium.
Résumé
En résumé, les couches défectueuses contenant des dislocations incohérentes peuvent être exposées par transfert de couche et enlevées par polissage chimique-mécanique,fournissant ainsi une couche de germanium de haute qualité sur le SiNx sous le revêtementDes simulations ont été réalisées pour étudier la faisabilité de la plateforme GON offrant un rayon de courbure de canal plus petit.Longueur d'onde de 8 mmLa perte de flexion à un GON d'un rayon de 5 mm est égale à 0.14600,01 dB/bent et la perte de propagation est de 3.35600,5 dB/cm.On s'attend à ce que ces pertes soient encore réduites en utilisant des procédés avancés (tels que la lithographie par faisceau d'électrons et la gravure ionique réactive profonde) ou en ne structurant pas pour améliorer la qualité des parois latérales..
