Warlink Kona ----- Silikon nitrit germanyum orta kızılötesi entegre fotonik dalga kılavuzları

Warlink Kona ----- Silikon nitrit germanyum orta kızılötesi entegre fotonik dalga kılavuzları

Tanıtım

Büyük çekirdek kaplama kontrast göstergesi olan bir germanium platformu, silikon nitrit germanium dalga kılavuzu, orta kızılötesi dalga boyunda gösterildi.Bu yapının uygulanabilirliği simülasyonla doğrulanır.Bu yapı, silikon nitritle depolanmış germanium-silikon donör vafeleri ilk olarak silikon altüst vafelere bağlayarak elde edilir.ve daha sonra katman transferi yöntemiyle germanyum-silikon nitrit yapısını elde etmek, tüm wafer boyutlarına ölçeklenebilir.

Tanıtım

Silikon tabanlı fotonik, son yıllarda CMOS süreçleriyle uyumluluğu ve mikroelektroniklerle entegrasyon potansiyeli nedeniyle çok fazla ilgi gördü.Araştırmacılar, fotoniklerin çalışma dalga boyunu orta kızılötesi (MIR) alanına kadar genişletmeye çalışıyorlar, burada 2-15 μm olarak tanımlanmıştır, çünkü MIR'de yeni nesil iletişim, biyokimyasal algılama, çevre izleme ve daha fazlası gibi umut verici uygulamalar vardır.Standart yalıtıcılardaki silikon (SOI) MIR için uygun değildir, çünkü oksit katmanlarını gömmek için malzeme kaybı 3'te çok yüksektir.Mir'de işe yarayabilecek alternatif bir malzeme sistemi bulmak için birçok çaba harcanmıştır.Silikon Sapphire (SOS) dalga kılavuzu teknolojisi, çalışma dalga boyu aralığını 4'e kadar genişletmek için takip edildi.1.2-6.7 μm geniş bir şeffaflık aralığı sağlayan silikon nitrit (SON) dalga kılavuzları da önerilmiştir.Bu nedenle SOI'ye iyi bir alternatif..

Germanyum On Insulator (GOI) önerildi ve pasif dalga kılavuzları ve aktif germanyum modülatörleri platformda üretildi, ancak yukarıda belirtildiği gibi,Oksit katmanlarının gömülmesi aslında platformun şeffaflığını sınırlıyor.SOI üzerindeki germaniyumun da elektrik avantajları olduğu bildirilmiştir.Silikon üzerindeki germanium (GOS) platformu şu anda fotonik araştırmalarında yaygın olarak kullanılıyor ve çoktan bir dizi etkileyici başarı elde ettiBu platformdaki en düşük yayılma kaybı germanium dalga kılavuzunun sadece 0.6dB/cm'lik bir kaybı olduğu bildirilmiştir.GOS'un bükme yarıçapı SOI'nin bükme yarıçapından büyük olmalıdır.GOS çipindeki cihazların kapsam alanı genellikle SOI'den daha büyüktür.Gerekli olan, GOS'dan daha büyük bir çekirdek kaplama kırılma indeksi kontrastı sağlayacak daha iyi bir alternatif germanium dalga kılavuzu platformudur., kullanışlı şeffaflık ve daha küçük bir kanal bükme yarıçapı.

Bu amaçlara ulaşmak için, bu çalışmada önerilen ve uygulanan yapı silikon üzerindeki germanium nitrit, burada GON olarak adlandırılır.PECVD silikon nitritimizin (SiNx) kırılma indeksi elipsitometri ile 3'te ölçüldü..8lm. SiNx'in şeffaflığı genellikle yaklaşık 7,5 mm'dir. Bu nedenle GON'daki katlanarak kontrast.Çok küçük bir ayak izi ile üretilebilecek birçok pasif fotonik cihaz olacak., örneğin MachZehnder interferometreler, mikro halka rezonatörleri vb.Sadece güçlü optik sınırlamaları olan yüksek kontrastlı dalga kılavuzlarında mümkün olanGelecekte, kompakt algılama cihazları da bu tür germanyum platformları ile mikro halka rezonatörlerine dayalı olarak gerçekleştirilebilir.GON uygulamak için uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir wafer bağlama ve katman transfer teknolojisi geliştirdik..

Deney

Germanium/silikon platformları çeşitli teknolojilerle üretilebilir.germaniyum doğrudan silikon nitrit üzerinde yetiştirildiğinde, germanium kristallerinin kalitesi düşük olması ve yüksek bir kusur yoğunluğunun oluşması beklenir.

Grafik 2. GOS ile karşılaştırıldığında, Nepal hükümetinin simüle edilen bükme kaybı daha düşüktür, bu da Nepal hükümetinin dalga kılavuzu bükme kaybının daha düşük olduğunu gösterir.

SiNx amorf olduğundan, bu kusurlar dağıtım kayıplarını arttırır. Bu çalışmada, GON'u şekil 2'de gösterildiği gibi üretmek için wafer bağlama ve katman transfer teknikleri kullanıyoruz.Silikon donör levhalar, düşük basınçlı kimyasal buhar çökümü (RPCVD) ve üç aşamalı bir germaniyum büyüme süreci kullanır.22 Daha sonra germanium epitaksyal katman silikon nitrit ile kaplanır ve GON vafrası elde etmek için başka bir silikon substratına aktarılır.Bazı germaniyum silikon (GOS) yongaları (benzer şekilde büyürler ama aktarmazlar) daha sonraki deneylere dahil edildi.Son germanyum tabakası genellikle < 5106cm2'lik bir nüfuz dislokasyon yoğunluğuna (TDD) sahiptir.donör levha oksit ve kirleticilerden arınmış bir yüzey elde etmek için temizlenir.Temizleme işleminden sonra, donör levhalar, gerginlik şiddeti SiNx'in çökmesi için Cello PECVD sistemine yüklenir.Depolamanın ardından birkaç saat boyunca anneleyerek, waferde hapsedilen gazların depolama sırasında salınmasını sağlar.

Tüm ısı işlemleri, 40 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda yapılır. Ayrıca, bükme etkisini telafi etmek için, waferin arkasına 1 mm SiNx daha yatırılır.Düşük sıcaklıkta plazma kimyasal buhar çökmesiyle, 300 nm'lik bağlama tabakası nihayet yerleştirilir. Bağlama tabakası siliktir, bu da başka bir silikon ile işlenmiş vafra ile bağlanmasını kolaylaştırır.Su molekülleri bağlanma reaksiyonunda oluşur.Bu nedenle, silikon, bu su molekülleri emiyor ve böylece yüksek bir bağlama kalitesi sağlıyor.24 Yapıştırma katmanı, yüzey kabalığını azaltmak ve wafer yapıştırma için uygun hale getirmek için kimyasal olarak mekanik olarak 100 nm'ye cilalanır (kimya-mekanik cilalama)Bağlantıdan önce, her iki plitenin yüzeyi yüzey hidrofilizitesini iyileştirmek için yaklaşık 15 saniye boyunca O2 plazma ile maruz kalır.

Daha sonra, yüzey hidroksil grubunun yoğunluğunu artırmak için Adi yıkama adımı eklenir ve böylece bağlanma tetiklenir.Bağlanmış vafra çiftleri daha sonra bağlanma gücünü artırmak için 30 ° C'den aşağı sıcaklıklarda bağlandıktan sonra yaklaşık 4 saat boyunca kızartılır.Bağlama levhaları, interfacial boşluk oluşumunu kontrol etmek için kızılötesi görüntüleme kullanılarak incelenir.Üst silikon donör levha, germanyum/silikon nitrit tabakası yığınını substrat levhasına aktarmak için öğütülür.Bu, silikon donör levhasını tamamen çıkarmak için tetrametilamonyum hidroksit (TMAH) kullanarak ıslak kazımla takip edilir.Çizme durması orijinal germanium/silikon arayüzünde gerçekleşir.

Daha sonra kimyasal ve mekanik cilalama ile germanium/silikon arayüz katmanı çıkarılır.Bu yüzden tüm çip boyutlarına ölçeklenebilir.X-ışını difraksiyonu (XRD) analizi, Gunn çiplerinin üretilmesinden sonra GOS'a atıfta bulunan germaniyum ince filmlerinin kalitesini karakterize etmek için kullanıldı ve sonuçlar Şekil 4'te gösterilmiştir.XRD analizi, germaniyum epitaksyal katmanının kristal kalitesi açık bir değişim göstermediğini gösteriyor., ve en yüksek dayanıklılığı ve eğri şekli silikon levha üzerindeki Germanium'a benzer.

Grafik 4. Geng ve GOS germanium epitaksyal katmanının XRD modeli.

Özetle

Özetle, uyumsuz dislokasyonları içeren arızalı katmanlar katman aktarımı ile açığa çıkarılabilir ve kimyasal-mekanik cilalama ile çıkarılabilir.böylece kaplamanın altında SiNx üzerinde yüksek kaliteli bir germanyum katmanı sağlanırDaha küçük bir kanal bükme yarıçapı sağlayan GON platformunun uygulanabilirliğini araştırmak için simülasyonlar yapıldı.8lm dalga boyları5 mm yarıçaplı bir GON'da bükme kaybı 0.1460.01 dB/büküntü ve yayılma kaybı 3.3560.5 dB/cm.Bu kayıpların gelişmiş süreçler (elektron ışını litografisi ve derin reaktif iyon kazımı gibi) kullanarak veya yan duvar kalitesini artırmak için yapılandırılmamakla daha fazla azaltılması bekleniyor..