Warlink Kona ----- Germanium do azotynu krzemu średnio podczerwone zintegrowane przewodniki fal fotoniczne

Warlink Kona ----- Germanium do azotynu krzemu średnio podczerwone zintegrowane przewodniki fal fotoniczne

Wprowadzenie

Na średniej długości fali podczerwonej zademonstrowano platformę germańską o dużym indeksie kontrastu okładzin rdzenia, przewodnik fal germańskiego azotu krzemowego.Wykonalność tej konstrukcji jest weryfikowana przez symulacjęStruktura ta jest osiągana poprzez pierwsze wiązanie płytek dawców germanium na krzemowych zdeponowanych z azotkiem krzemu z płytkami podłoża krzemu,a następnie uzyskanie struktury germanium na azotynie krzemu metodą przeniesienia warstw, który jest skalowalny do wszystkich rozmiarów płytek.

Wprowadź

Fotonika na bazie krzemu zyskała dużą uwagę w ostatnich latach ze względu na jej kompatybilność z procesami CMOS i potencjał integracji z mikroelektroniką.Naukowcy starają się rozszerzyć długość fali fotoniki do średniej podczerwieni (MIR), zdefiniowane tutaj jako 2-15 μm, ponieważ w MIR istnieją obiecujące zastosowania, takie jak komunikacja nowej generacji, wykrywanie biochemiczne, monitorowanie środowiska i inne.Silikon na standardowych izolacjach (SOI) nie nadaje się do MIR, ponieważ utrata materiału do zakopania warstw tlenku staje się bardzo wysoka w 3Wiele wysiłków zostało podjętych, aby znaleźć alternatywny system materiałowy, który mógłby działać na Mir.Technologia sterowania falą Silicon on Sapphire (SOS) została wykorzystana w celu zwiększenia zakresu długości fali do 4.4lm. Zaproponowano również przewodniki fal z azotanu krzemu (SON), które zapewniają szeroki zakres przejrzystości 1,2-6,7 μm. Germanium (ge) ma szeroką przejrzystość i wiele właściwości optycznych,co czyni go dobrą alternatywą dla SOI.

Zaproponowano Germanium on Insulator (GOI), a na platformie wyprodukowano pasywne przewodniki fal i aktywne modulatory germanium, ale jak wspomniano powyżej,Zakopanie warstw tlenku ogranicza przejrzystość platformyGermanium na SOI ma również zalety elektryczne.Platforma germanium on Silicon (GOS) jest obecnie szeroko stosowana w badaniach fotonicznych i osiągnęła już szereg imponujących osiągnięćNajmniejsza strata rozprzestrzeniania się germanium przewodnik fal na tej platformie jest zgłaszane tylko do utraty 0,6 dB / cm. Jednakże germanium (n. 4. wskaźnik załamania jest 3,8 μm.promień gięcia GOS musi być odpowiednio większy niż promień gięcia SOI, w wyniku czego obszar pokrycia urządzeń na chipie GOS jest zwykle większy niż SOI.Potrzebna jest lepsza alternatywna platforma germanium waveguide, która zapewni większy kontrast wskaźnika załamania owijania rdzenia niż GOS, a także przydatna przejrzystość i mniejszy promień gięcia kanału.

Aby osiągnąć te cele, proponowana i wdrożona w niniejszej pracy struktura to azotyn germanium na krzemu, zwany tutaj GON.Wskaźnik załamania naszego azotku krzemu PECVD (SiNx) został zmierzony przez elipsometrię w 3.8lm. Przejrzystość SiNx wynosi zazwyczaj około 7,5 mm. Tak więc kontrast wykładniczy w GON jest.Będzie wiele urządzeń pasywnych fotonicznych, które mogą być produkowane z kompaktowym odciskiem, takich jak interferometry MachZehndera, rezonatory mikro pierścieni itp. Aby stworzyć kompaktowy pierścień, wymagany jest mały promień gięcia,który jest możliwy tylko w przewodnikach fal o wysokim kontraste z silnymi ograniczeniami optycznymiW przyszłości, kompaktowe urządzenia czujnikowe mogą być również realizowane na bazie rezonatorów mikro pierścieniowych z takimi platformami germanium.Opracowaliśmy możliwą i skalowalną technologię wiązania płytek i przenoszenia warstw w celu wdrożenia GON.

Eksperyment

Platforme germanium/krzemowe mogą być wytwarzane za pomocą kilku technologii, w tym kondensacji germanium, epitacji fazy ciekłej, 20 oraz technik przenoszenia warstw.21gdy germanium jest uprawiane bezpośrednio na azotynie krzemuOczekuje się, że jakość kryształów germanium będzie niska i powstanie duża gęstość wad.

W porównaniu z GOS symulowana strata zgięcia rządu Nepalu jest niższa, co wskazuje, że strata zgięcia przewodnika fali rządu Nepalu jest niższa.

Ponieważ SiNx jest amorficzny. W rezultacie te defekty zwiększają straty rozpraszania. W tej pracy wykorzystujemy techniki wiązania płytek i przenoszenia warstw do wytwarzania GON, jak pokazano na rysunku 2.Płytki dawcze krzemu wykorzystują osadzenie pary chemicznej o obniżonym ciśnieniu (RPCVD) i trójstopniowy proces wzrostu germanium.22 Warstwa germanium-epitaksjalna jest następnie pokryta azotrem krzemu i przenoszona na inny podłoże krzemu w celu uzyskania płytek GON.w kolejnych eksperymentach zastosowano niektóre układy germo-krzemowe (GOS) (które rosną w podobny sposób, ale nie przenoszą się)Końcowa warstwa germanium ma zwykle gęstość zwichnięcia przez penetrację (TDD) < 5106 cm2, chropowatość powierzchni < 1 nm i naprężenie na rozciąganie 0,2%.23płytka dawcy jest czyszczona w celu uzyskania powierzchni wolnej od tlenków i zanieczyszczeńPo procesie czyszczenia płytki dawców są ładowane do systemu Cello PECVD do osadzenia szczepu napięcia SiNx.Grzewanie przez kilka godzin po osadzeniu zapewnia uwolnienie gazów uwięzionych w płytce podczas osadzania.

Wszystkie obróbki cieplne przeprowadza się w temperaturze poniżej 40 °C. Ponadto na tylnej stronie płytki osadzany jest dodatkowy 1 mm SiNx w celu zrekompensowania efektu gięcia.W wyniku osadzenia chemicznego pary plazmowej o niskiej temperaturzeW wyniku zastosowania w tej pracy wiązania hydrofilowe, w tym wiązania węglowe, powstaje warstwa wiążąca o długości 300 nm.cząsteczki wody powstają w reakcji wiązaniaW związku z tym jako warstwę wiązającą wybrano krzemionkę, ponieważ może ona wchłaniać te cząsteczki wody, zapewniając w ten sposób wysoką jakość wiązania.24 Warstwa wiązania jest poliwana chemicznie mechanicznie (polerowana chemomechanicznie) do 100 nm w celu zmniejszenia chropowitości powierzchni i uczynienia jej odpowiednią do wiązania płytekPrzed połączeniem obie powierzchnie płytki są wystawiane na działanie osocza O2 przez około 15 sekund w celu poprawy wodoszczędności powierzchni.

Następnie dodaje się etap prania Adi w celu zwiększenia gęstości grupy hydroxilowej powierzchni, co powoduje uruchomienie wiązania.Związane pary płytek są następnie podgrzewane przez około 4 godziny po połączeniu w temperaturach poniżej 30 ° C w celu poprawy wytrzymałości wiązaniaW celu zakończenia procesu przenoszenia warstwy, w celu wykrycia wnętrza, w którym powstaje próżnia, wykonane są badania podczerwieni.górna płytka dawcy krzemu jest mielona w celu przenoszenia warstwy germanium/azotynku krzemu na płytkę podłożaNastępnie wykonuje się na mokro etykietkę za pomocą wodorotlenku tetrametyloamoniowego (TMAH) w celu całkowitego usunięcia płytki dawcy krzemu.zatrzymanie grafowania występuje na oryginalnym interfejsie germanium/krzem.

Nasz proces wykorzystuje dwie płytki krzemowe, płytki darczyńców krzemowych i płytki podłoża krzemowego.więc jest skalowalny do wszystkich rozmiarów chipówW celu określenia jakości cienkich folii germanium zastosowano analizę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), odnoszącą się do GOS po wytworzeniu chipów Gunn, a wyniki przedstawiono na rysunku 4.Analiza XRD pokazuje, że jakość kryształowa warstwy germanium nie ma wyraźnej zmiany, a jego szczytowa wytrzymałość i kształt krzywej są podobne do germanium na płytce krzemowej.

Rysunek 4. Rysunek XRD warstwy epitaksjalnej germanium Geng i GOS.

Podsumowanie

Podsumowując, uszkodzone warstwy zawierające niezgodne zestawy mogą być odsłonięte poprzez przenoszenie warstw i usunięte przez polerowanie chemiczno-mechaniczne,zapewniając w ten sposób wysokiej jakości warstwę germanium na SiNx pod powłokąWykonano symulacje w celu zbadania wykonalności platformy GON zapewniającej mniejszy promień zakrętu kanału.Długość fali 8 mmStrata zgięcia przy GON o promieniu 5 mm wynosi 0.14600,01 dB/gięcie i utrata rozprzestrzeniania się wynosi 3.35600,5 dB/cm.Oczekuje się, że straty te zostaną jeszcze bardziej zmniejszone poprzez stosowanie zaawansowanych procesów (takich jak litografia wiązki elektronów i głębokie reakcyjne etywanie jonów) lub nie strukturyzowanie w celu poprawy jakości ścian bocznych.