Warlink Kona ----- Γερμανίου σε νιτρίδιο πυριτίου ενσωματωμένοι κυματοδείκτες φωτονικής μεσαίου υπέρυθρου
Εισαγωγή
Μια πλατφόρμα γερμανίου με μεγάλη ένδειξη αντίθεσης του πυρήνα, ο κύκλος οδηγός γερμανίου νιτρικού πυριτίου, παρουσιάστηκε στο μεσαίο υπέρυθρο μήκος κύματος.Η σκοπιμότητα αυτής της δομής επαληθεύεται με προσομοίωσηΗ δομή αυτή επιτυγχάνεται από την πρώτη σύνδεση γερμανίου-πάνω σε σιλικόνιο δότες πλάκες που έχουν εναποθετηθεί με νιτρικό σιλικόνιο σε σιλικόνιο υποστρώμα πλάκες,και στη συνέχεια λαμβάνεται η δομή γερμανίου σε νιτρίδιο πυριτίου με μέθοδο μεταφοράς στρωμάτων, το οποίο είναι κλιμακώσιμο σε όλα τα μεγέθη των πλακών.
Εισαγωγή
Η φωτονική με βάση το πυρίτιο έχει λάβει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια λόγω της συμβατότητάς της με τις διαδικασίες CMOS και της δυνατότητάς της για ενσωμάτωση με τη μικροηλεκτρονική.Οι ερευνητές προσπαθούν να επεκτείνουν το λειτουργικό μήκος κύματος της φωτονικής στο μεσαίο υπέρυθρο, που ορίζεται εδώ ως 2-15 μm, επειδή υπάρχουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές στο MIR, όπως επικοινωνίες επόμενης γενιάς, βιοχημική ανίχνευση, παρακολούθηση του περιβάλλοντος και πολλά άλλα.Το πυρίτιο σε τυποποιημένους μονωτές (SOI) δεν είναι κατάλληλο για MIR επειδή η απώλεια υλικού για την ταφή στρωμάτων οξειδίου γίνεται πολύ υψηλή σε 3Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για να βρεθεί ένα εναλλακτικό υλικό σύστημα που θα μπορούσε να λειτουργήσει στον Μιρ.Η τεχνολογία κυματοδηγού Silicon on Sapphire (SOS) έχει επιδιωχθεί για να επεκταθεί το εύρος κύματος λειτουργίας σε 4Το γερμανίμιο (ge) έχει μεγάλη διαφάνεια και πολλές οπτικές ιδιότητες.καθιστώντας την μια καλή εναλλακτική λύση για το SOI.
Έχει προταθεί το Germanium on Insulator (GOI) και έχουν κατασκευαστεί παθητικοί κυματοδηγοί και ενεργοί διαμορφωτές γερμανίου στην πλατφόρμα, αλλά όπως αναφέρθηκε παραπάνω,Η ταφή στρωμάτων οξειδίου περιορίζει στην πραγματικότητα τη διαφάνεια της πλατφόρμας.Το γερμανικό σε SOI έχει επίσης αναφερθεί ότι έχει ηλεκτρικά πλεονεκτήματα.Η πλατφόρμα germanium on Silicon (GOS) χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως στην έρευνα της φωτονικής και έχει ήδη επιτύχει μια σειρά από εντυπωσιακά επιτεύγματα.Η χαμηλότερη απώλεια εξάπλωσης γερμανικού κυματοδηγού σε αυτή την πλατφόρμα αναφέρεται ότι έχει απώλεια μόνο 0,6dB/cm.η ακτίνα κάμψης του GOS πρέπει να είναι αντίστοιχα μεγαλύτερη από την ακτίνα κάμψης του SOI, με αποτέλεσμα η περιοχή κάλυψης των συσκευών στο τσιπ GOS να είναι συνήθως μεγαλύτερη από την SOI.Αυτό που χρειάζεται είναι μια καλύτερη εναλλακτική πλατφόρμα κυματοδηγού γερμανίου που θα παρέχει μεγαλύτερη αντίθεση του δείκτη κάλυψης του πυρήνα σε σχέση με το GOS, καθώς και χρήσιμη διαφάνεια και μικρότερη ακτίνα κάμψης του καναλιού.
Για την επίτευξη των στόχων αυτών, η δομή που προτείνεται και εφαρμόζεται στην παρούσα εργασία είναι το νιτρικό γερμανίου σε πυρίτιο, που εδώ ονομάζεται GON.Ο δείκτης διάθλασης του νιτρικού πυριτίου PECVD (SiNx) μετρήθηκε με ελλειψομετρία σε 3.8lm. Η διαφάνεια του SiNx είναι συνήθως μέχρι περίπου 7,5 mm. Έτσι η εκθετική αντίθεση στο GON είναι.Θα υπάρχουν πολλές παθητικές φωτονικές συσκευές που μπορούν να κατασκευαστούν με ένα συμπαγές αποτύπωμαΓια να γίνει ένας συμπαγής δακτύλιος, απαιτείται μια μικρή ακτίνα κάμψης,που είναι δυνατή μόνο σε κυματοδείκτες υψηλής αντίθεσης με ισχυρούς οπτικούς περιορισμούςΣτο μέλλον, μικροσκοπικές συσκευές ανίχνευσης μπορούν επίσης να δημιουργηθούν με βάση μικροκυκλώματα αντηχών με τέτοιες πλατφόρμες γερμανίου.Έχουμε αναπτύξει μια βιώσιμη και κλιμακώσιμη τεχνολογία σύνδεσης πλακών και μεταφοράς στρωμάτων για την εφαρμογή του GON.
Πείραμα
Οι πλατφόρμες γερμανίου/σιλικόνου μπορούν να κατασκευαστούν με διάφορες τεχνολογίες.όταν το γερμανικό καλλιεργείται απευθείας σε νιτρικό πυρίτιο, η ποιότητα των κρυστάλλων γερμανίου αναμένεται να είναι κακή και να σχηματίζεται υψηλή πυκνότητα ελαττωμάτων.
Σχήμα 2. Σε σύγκριση με το GOS, η προσομοιωμένη απώλεια κάμψης της κυβέρνησης του Νεπάλ είναι χαμηλότερη, γεγονός που δείχνει ότι η απώλεια κάμψης κυματοκυκλώματος της κυβέρνησης του Νεπάλ είναι χαμηλότερη.
Επειδή το SiNx είναι άμορφο. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα ελαττώματα αυξάνουν τις απώλειες διασποράς.Τα πλακάκια δότης πυριτίου χρησιμοποιούν χημική εναπόθεση ατμών με μειωμένη πίεση (RPCVD) και διαδικασία ανάπτυξης γερμανίου σε τρία βήματα.22 Το επιταξικό στρώμα γερμανίου κατόπιν επικαλύπτεται με νιτρίδιο του πυριτίου και μεταφέρεται σε άλλο υπόστρωμα πυριτίου για την παραγωγή πλακών GON.Μερικά τσιπ γερμανίου πυριτίου (GOS) (που αναπτύσσονται με παρόμοιο τρόπο αλλά δεν μεταφέρουν) συμπεριλήφθηκαν σε μεταγενέστερα πειράματαΤο τελικό στρώμα γερμανίου έχει συνήθως πυκνότητα διατόπισης διείσδυσης (TDD) < 5106cm2, τραχύτητα επιφάνειας < 1nm και ελαστική τάση 0,2%.το δανειστικό πλακάκι καθαρίζεται ώστε να αποκτήσει επιφάνεια απαλλαγμένη από οξείδια και μολυσματικάΜετά τη διαδικασία καθαρισμού, οι δότες πλάκες φορτώνονται στο σύστημα Cello PECVD για την εναπόθεση της τάσης τάσης SiNx.Η αναψύξη για λίγες ώρες μετά την εναπόθεση εξασφαλίζει ότι τα αέρια που παγιδεύονται στην πλάκα απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της εναπόθεσης.
Όλες οι θερμικές επεξεργασίες εκτελούνται σε θερμοκρασίες κάτω των 40 °C. Επιπλέον, ένα επιπλέον 1 mm SiNx αποθηκεύεται στο πίσω μέρος της πλάκας για να αντισταθμιστεί η επίδραση κάμψης.Μέσω χημικής εναπόθεσης ατμών πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίαςΗ σύνδεση είναι από πυρίτιο, γεγονός που καθιστά εύκολη τη σύνδεση με άλλη πλακίδα που έχει υποβληθεί σε επεξεργασία με πυρίτιο.Τα μόρια νερού σχηματίζονται στην αντίδραση σύνδεσηςΕπομένως, η πυριτίνη επιλέχθηκε ως το στρώμα σύνδεσης, επειδή μπορεί να απορροφήσει αυτά τα μόρια νερού, παρέχοντας έτσι υψηλή ποιότητα σύνδεσης.24 Το στρώμα σύνδεσης γυαλίζεται χημικά μηχανικά (χημειομηχανικά γυαλίζεται) σε ακτίνα 100 nm για να μειωθεί η τραχύτητα της επιφάνειας και να καταστεί κατάλληλο για τη σύνδεση πλακών.Πριν από τη σύνδεση, και οι δύο επιφάνειες των πλακών εκτίθενται σε πλάσμα O2 για περίπου 15 δευτερόλεπτα για να βελτιωθεί η υδροφιλία της επιφάνειας.
Στη συνέχεια, προστίθεται το στάδιο πλύσης Adi για την αύξηση της πυκνότητας της επιφανειακής ομάδας υδροξυλίου, ενεργοποιώντας έτσι τη σύνδεση.Τα ζευγάρια των συνδεδεμένων πλακιδίων κατεψυγούνται στη συνέχεια για περίπου 4 ώρες μετά τη σύνδεση σε θερμοκρασίες κάτω των 30 ° C για τη βελτίωση της αντοχής της σύνδεσηςΓια να ολοκληρωθεί η διαδικασία μεταφοράς στρωμάτων, οι πλακίδες συνδέσεως εξετάζονται με χρήση υπέρυθρης απεικόνισης για να ελεγχθεί αν σχηματίζονται κενά στην επικοινωνία.η κορυφαία πλάκα δωρητή πυριτίου αλεσθεί για να μεταφερθεί η στοίβα στρώματος γερμανίου/νυτριδίου πυριτίου στην πλάκα υποστρώματοςΜετά από αυτό ακολουθεί η υγρή χαρακτική με τη χρήση τετραμεθυλαμομονίου υδροξειδίου (TMAH) για την πλήρη αφαίρεση της πλάκας δωρητή πυριτίου.η στάση της χαρακτικής συμβαίνει στην αρχική διεπαφή γερμανίου / πυριτίου.
Η γερμανία / πυριτίου στρώμα διεπαφής αφαιρείται στη συνέχεια με χημική και μηχανική γυάλωση.Έτσι είναι επεκτάσιμη σε όλα τα μεγέθη τσιπΗ ανάλυση διαθλασμού ακτίνων Χ (XRD) χρησιμοποιήθηκε για να χαρακτηριστεί η ποιότητα των λεπτών ταινιών γερμανίου, αναφερόμενη σε GOS μετά την κατασκευή των τσιπ Gunn, και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο σχήμα 4.Η ανάλυση XRD δείχνει ότι η κρυστάλλινη ποιότητα του επιταξιακού στρώματος του γερμανίου δεν έχει εμφανή αλλαγή., και η μέγιστη αντοχή του και το σχήμα καμπύλης του είναι παρόμοια με αυτό του Γερμανίου σε πλακέτα πυριτίου.
Γράφημα 4. Τύπος XRD του επιταξιακού στρώματος Geng και GOS germanium.
Συνοπτική
Συνοπτικά, τα ελαττωματικά στρώματα που περιέχουν ασυμβίβαστες εκτοπίσεις μπορούν να εκτεθούν με μεταφορά στρωμάτων και να αφαιρεθούν με χημικό-μηχανική γυάλωση,έτσι παρέχοντας ένα υψηλής ποιότητας στρώμα γερμανίου στο SiNx κάτω από την επικάλυψηΟι προσομοιώσεις διεξήχθησαν για να διερευνήσουν τη σκοπιμότητα της πλατφόρμας GON που παρέχει μικρότερη ακτίνα κάμψης καναλιού.μήκους κύματος 8lmΗ απώλεια κάμψης σε ένα GON με ακτίνα 5 mm είναι 0.14600,01 dB/κλίση και η απώλεια εξάπλωσης είναι 3.35600,5 dB/cm.Αυτές οι απώλειες αναμένεται να μειωθούν περαιτέρω με τη χρήση προηγμένων μεθόδων (όπως η λιθογραφία με δέσμη ηλεκτρονίων και η βαθιά αντιδραστική εικόνα ιόντων) ή χωρίς δομή για τη βελτίωση της ποιότητας των πλευρικών τοιχωμάτων..
