300 mm CMOS 代工厂工艺中高度均匀的热底切硅光子器件
光学
2025-06-10 v2 应用物理
摘要
对于高密度波分复用（DWDM）光链路和光子交换网络至关重要的硅光子器件，例如谐振调制器和马赫-曾德尔干涉仪（MZIs），对制造工艺波动和工作温度变化高度敏感。然而，用于补偿制造和工作温度变化的热调谐可能导致过高的功耗，对节能光子集成电路的可扩展性构成挑战。在这项工作中，我们在 300 mm 互补金属氧化物半导体（CMOS）代工厂中开发并演示了晶圆级热底切工艺，通过选择性地去除波导和谐振器下方的衬底材料，显著改善了热光器件的热隔离。这种方法显著降低了多种器件架构中热调谐所需的功耗，在最先进的 4.5 m 半径微盘调制器中实现了近 5 倍的调谐效率提升，在 MZI 相移器中实现了 40 倍的效率提升。据作者所知，我们首次利用跨越 300 mm 绝缘体上硅（SOI）晶圆 64 个掩模版的全面晶圆级测量，展示了非底切与底切硅光子器件的晶圆级对比。此外，我们展示了对底切沟槽开口几何形状对器件调谐效率影响的全面晶圆级分析。值得注意的是，我们观察到在完整的 300 mm 晶圆上多种器件类型均具有高度均匀的性能，这强调我们的工艺可以高良率地扩展到大规模光子电路。这些结果为使用热光器件的大规模集成光子电路开启了新机遇，为可扩展、低功耗的硅光子系统铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2503.09009,
title = {Highly Uniform Thermally Undercut Silicon Photonic Devices in a 300 mm CMOS Foundry Process},
author = {Robert Parsons and Kaylx Jang and Yuyang Wang and Asher Novick and A. Matthew Smith and Christopher C. Tison and Yonas Gebregiorgis and Venkatesh Deenadayalan and Matthew van Niekerk and Lewis Carpenter and Tat Ngai and Gerald Leake and Daniel Coleman and Xiang Meng and Stefan Preble and Michael L. Fanto and Keren Bergman and Anthony Rizzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.09009},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 6 figures