| Название: | Разработка технологической платформы гетерогенной сборки фотонных интегральных схем для высокоскоростных приемопередающих устройств в телекоммуникационном оборудовании и центрах обработки данных |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 11-400 - Производство фотонных интегральных схем |
| Научная дисциплина: | 11-411 - Технологии (технологические маршруты) изготовления фотонных интегральных схем |
| Ключевые слова: | Высокоскоростная передача данных, критические инфраструктуры, фотонные интегральные схемы, трансиверы, приемопередающие модули, гетерогенная сборка, суверенное оборудование и технология, кремниевая технология, кристальное производство, полупроводниковые лазеры, фотодиоды, бондинг, флип-чип |
| Тип: | прикладные |
| Руководитель(и): | Брунков,ПН |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 23-91-00117 |
Аннотация
Технологическое предложение направлено на формирование технологической базы для создания эффективного российского производства фотонной компонентной базы высокоскоростных систем передачи и обработки данных.
Разрабатываемая Технологическая Платформа должна включать в себя технологический маршрут, технологическую оснастку и ПО для экстракции параметров гетерогенной конструкции, связывающей несущую оптическую моду лазерной структуры и моду пассивной волноводной структуры, представляющей собой функционально произвольную структуру на основе КНИ, состоящую из канальных/гребешковых волноводов и предназначенную для ввода излучения лазерного источника в ФИС.
Актуальность решения такой научно-технической и/или научно-технологической задачи, связана с необходимостью обеспечения технологической независимости производства систем поддержки критических инфраструктур, в том числе магистральных систем связи и центров обработки данных (ЦОД).
Современные системы предполагают передачу данных со скоростью более 100 Гб/сек. Создание эффективных приемопередающих устройств (трансиверы) с такими характеристиками, обладающих пониженным энергопотреблением, что критически важно для применения в ЦОД.
Экономика производства электрических интегральных и фотонных интегральных схем имеет существенно разную структуру производственной себестоимости.
Доля операций сборки в себестоимости фотонной интегральной схемы оценивается от 75 до 80%. В себестоимости электронных интегральных схем сборка составляет не более 25%. Такая значительная разница обусловлена необходимостью прецизионного и индивидуального сопряжения элементов, произведённых по двум принципиально разным технологиям, несовместимым в едином технологическом цикле.
Собирая каждый электронно-оптический прибор необходимо произвести множество операций по монтажу переходных компонентов, вносящих дополнительные потери при передаче сигналов. Индивидуальность каждого сопряжения приводит к большому разбросу параметров, что требует дополнительного тестирования и отбраковки.
В данном технологическом предложении рассматривается реализация нового прогрессивного способы соединения элементов, произведённых в различных технологических процессах, методом т.н. гетерогенной интеграции «пластина к пластине». Данный метод является результатом эволюционного развития групповых методов сборки, опирающихся на методы «бондинга», «флип-чип», 3-D сборки и другие приемы формирования многоуровневых интегральных схем. При использовании гетерогенной интеграции для создания ФИС проводят соединение Si пластины с полностью или частично сформированными фотонными компонентами будущей ФИС (интегральные волноводы, разветвители и сумматоры сигналов, мультиплексоры и демультиплексоры, модуляторы, элементы ввода и вывода излучения) и пластины с лазерной гетероструктурой A3B5. После удаления подложки гетероструктуры A3B5, метолами планарной технологии в заданных областях формируют структуры лазерных излучателей, при этом обеспечивается ввод лазерного излучения в интегральные волноводы на поверхности Si подложки.
Благодаря развитию технологии, соединение разнородных пластин перестало быть трудно разрешимой проблемой. В мире разработаны различные технические и технологические приемы, расходные материалы, всевозможные оснастки и методы дополнительной обработки/подготовки пластин перед соединением. Существующие методы объединения пластин с точностью до десятых долей микрометра позволяют гарантировать совмещение топологических элементов, сформированных в одной материальной системе (А3В5 гетероструктур) с элементами другой материальной системы (структуры КНИ) с достаточной для конструктивного решения прибора точностью. Здесь важно отметить, что на сегодняшний день подходы, основанные на последовательном росте А3В5 гетероструктур на Si структурах имеют фундаментальные ограничения, не позволяющие воспользоваться ими при создании надежных и эффективных лазерных источников. Эти ограничения связаны с большим рассогласование параметров кристаллической решетки материалов (А3В5 гетероструктур и КНИ), что при эпитаксиальном росте приводит к генерации дислокаций катастрофически снижающих надежность и эффективность, и, не позволяющих создавать коммерческий продукт.
Основная задача, которую предстоит решить в рамках предлагаемого технологического решения, это разработка технологии изготовления самих активных и пассивных оптических элементов, ориентированных на гетерогенное соединение. Это потребует фундаментального изменения конструкции и технологий пор сравнению с обычно используемыми в рамках технологии гибридной интеграции. В ходе такого, пока недоступного в РФ, способа гетерогенной интеграции необходимо пересмотреть направление движения оптических сигналов. Разрабатываемые модификации конструкции активных и пассивных оптических элементов требуют новых технологических процессов и новых технологических маршрутов. новой оснастки и программных средства для оценки (экстракции) параметров создаваемых элементов ФИС.
В ходе работ должны быть отработаны технологии прецизионного совмещения пластин разного диаметра, модифицированы операции эпитаксии, травления/осаждения, химико-механической полировки, разработана специализированная оснастка.
