Warlink Kona ----- أجهزة توجيه الموجات الفوتونية المتكاملة تحت الحمراء المتوسطة من الجرمنيوم إلى نتريد السيليكون
مقدمة
تم إظهار منصة الجيرمانيوم ذات مؤشر التباين الكبير في غطاء النواة ، دليل الموجات الجيرمانيوم نتريد السيليكون ، على طول الموجة تحت الحمراء المتوسط.يتم التحقق من جدوى هذا الهيكل عن طريق المحاكاةويتم تحقيق هذا التركيب من خلال ربط أول ألمانيا على السيليكون رقائق المانح المودعة مع نتريد السيليكون إلى رقائق الركيزة السيليكون،ثم الحصول على التركيب الجيرمانيوم على نتريد السيليكون عن طريق طريقة نقل الطبقة، والتي يمكن توسيعها إلى جميع أحجام الوافر.
تقدم
وقد حظيت الفوتونيات القائمة على السيليكون بالكثير من الاهتمام في السنوات الأخيرة بسبب توافقها مع عمليات CMOS وإمكانياتها للتكامل مع الإلكترونيات الدقيقة.يحاول الباحثون تمديد طول الموجة التشغيلية للفوتونيات إلى الأشعة تحت الحمراء الوسطى (MIR)، يتم تعريفها هنا على أنها 2-15 ميكرومتر، لأن هناك تطبيقات واعدة في MIR، مثل الاتصالات الجيل القادم، الاستشعار الكيميائي الحيوي، ومراقبة البيئة، وأكثر من ذلك.السيليكون على العازلات القياسية (SOI) ليست مناسبة ل MIR لأن خسارة المواد لدفن طبقات أكسيد تصبح عالية جدا عند 3لقد بذل الكثير من الجهود لإيجاد نظام مادي بديل يمكن أن يعمل على ميرتم متابعة تقنية الموجة الموجية السيليكون على الزفير (SOS) لتوسيع نطاق طول الموجة التشغيلية إلى 4.4lm. قُدمت أيضًا أدوات توجيه موجات من نتريد السيليكون (SON) ، والتي توفر نطاقًا واسعًا من الشفافية من 1.2-6.7 μm.مما يجعلها بديلاً جيداً لـ SOI.
تم اقتراح الجيرمانيوم على عازل (GOI) ، وقد تم تصنيع الموجهات الموجية السلبية ومركبات الجيرمانيوم النشطة على المنصة ، ولكن كما ذكر أعلاه ،تدفن طبقات الأكسيد يحد في الواقع من شفافية المنصةكما تم الإبلاغ عن جرمانيوم على SOI أن لديها مزايا كهربائية.يتم استخدام منصة الجيرمانيوم على السيليكون (GOS) حاليًا على نطاق واسع في أبحاث الفوتونيات وقد حققت بالفعل عددًا من الإنجازات المذهلةيتم الإبلاغ عن انخفاض خسارة الانتشار على هذا النظام الأساسي.يجب أن يكون نصف قطر ثني GOS أكبر من نصف قطر ثني SOI، مما يؤدي إلى مساحة تغطية الأجهزة على شريحة GOS عادة أكبر من SOI.ما هو مطلوب هو أفضل منصة توجيه موجات المانيوم البديلة التي سوف توفر أكبر تضارب مؤشر انكسار غطاء القلب من GOS، فضلا عن الشفافية المفيدة وشعاع انحناء القناة الأصغر.
من أجل تحقيق هذه الأهداف، فإن الهيكل المقترح والمنفذ في هذا العمل هو نتريد الجيرمانيوم على السيليكون، هنا يسمى GON.تم قياس مؤشر انكسار نتريد السيليكون PECVD لدينا (SiNx) عن طريق التناظرية عند 3.8lm. الشفافية من SiNx عادة ما تصل إلى حوالي 7.5 ملم. لذلك فإن التباين الهائل في GON هو. بمجرد أن يتم تنفيذ هذه المنصة جي التي تعمل في نطاق MIR،سيكون هناك العديد من الأجهزة الفوتونية السلبية التي يمكن تصنيعها مع بصمة صغيرة، مثل مقاييس التداخلات MachZehnder ، وموجات الرنين المجهرية ، وما إلى ذلك. من أجل جعل حلقة مضغوطة ، هناك حاجة إلى نصف قطر انحناء صغير ،والتي لا يمكن استخدامها إلا في الموجات عالية التباين ذات القيود البصرية القويةفي المستقبل، يمكن أيضاً تحقيق أجهزة استشعار مضغوطة تستند إلى رنينات الحلقات الدقيقة مع منصات الجيرمانيوم.لقد طوّرنا تقنية قابلة للاستمرار و قابلة للتطوير لربط الألواح ونقل الطبقات لتنفيذ GON.
تجربة
يمكن تصنيع منصات الجيرمانيوم/السيليكون من خلال العديد من التقنيات. تشمل هذه التقنيات تكثيف الجيرمانيوم، وتحليل المرحلة السائلة، و20، وتقنيات نقل الطبقات.21 ومع ذلك،عندما يتم زراعة الجيرمانيوم مباشرة على نتريد السيليكونمن المتوقع أن تكون نوعية بلورات الجيرمانيوم سيئة وتتكون كثافة عالية من العيوب
الرسم البياني 2. بالمقارنة مع GOS ، فإن خسارة الانحناء المحاكاة للحكومة النيبالية أقل ، مما يشير إلى أن خسارة الانحناء الموجهة للموجات للحكومة النيبالية أقل.
لأن SiNx غير متبلور. ونتيجة لذلك، تزيد هذه العيوب من خسائر التشتت. في هذا العمل، نستخدم تقنيات ربط الشريحة ونقل الطبقة لتصنيع GON كما هو موضح في الشكل 2.يستخدم رقائق المانح السيليكون ترسب بخار كيميائي بضغط منخفض (RPCVD) وعملية نمو الجيرمانيوم بثلاث خطوات.22 ثم يتم تغطية طبقة الجيرمانيوم البطحية بنتريد السيليكون ونقلها إلى رصيف سيليكوني آخر للحصول على رقائق GON.بعض رقائق السيليكون الجيرمانيوم (GOS) (التي تنمو بطريقة مماثلة ولكن لا تنتقل) تم تضمينها في التجارب اللاحقةالطبقة النهائية من الجيرمانيوم عادة ما يكون لها كثافة خلل الاختراق (TDD) < 5106cm2، وقاحة السطح < 1nm، والإجهاد الشد من 0.2%.23 بالإضافة إلى ذلك،يتم تنظيف اللوحة المانحة للحصول على سطح خال من الأكسيدات والملوثاتبعد عملية التنظيف ، يتم تحميل رقائق المانحة في نظام Cello PECVD لتسديد سلالة التوتر SiNx.يضمن التسخين لعدة ساعات بعد التراكم أن الغازات المحاصرة في اللوحة يتم إطلاقها أثناء التراكم.
يتم إجراء جميع المعالجات الحرارية في درجات حرارة أقل من 40 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إيداع 1 ملليمتر آخر من SiNx على الجزء الخلفي من اللوحة لتعويض تأثير الانحناء.عن طريق ترسب البخار الكيميائي في البلازما بدرجة حرارة منخفضة، يتم إيداع طبقة الارتباط من 300 نانومتر في النهاية. طبقة الارتباط هي السيليكا ، مما يسهل الارتباط مع رقاقة معالجة بالسيليكون الأخرى. بسبب استخدام الارتباط الهيدروفيلي في هذا العمل ، يمكن أن يتم تحويل الصفيحة إلى رقائق.تتشكل جزيئات الماء في تفاعل الارتباطلذلك، تم اختيار السيليكا كطبقة ربط لأنها يمكن أن تمتص جزيئات الماء هذه، مما يوفر نوعية ربط عالية.24 طبقة الارتباط ملمعة كيميائياً ميكانيكياً (ملمسة كيميائية ميكانيكية) إلى 100 نانومتر لتقليل خشونة السطح وجعلها مناسبة لربط الشريحةيمكن بعد ذلك ربط رقاقة المانحة بقرعة رصيف السيليكون. قبل الارتباط ، يتم تعريض سطحي الرقاقة إلى بلازما O2 لمدة 15s تقريبًا لتحسين هيدروفيلية السطح.
بعد ذلك ، يتم إضافة خطوة غسل Adi لزيادة كثافة مجموعة هيدروكسيل السطح ، وبالتالي يؤدي إلى الربط.ثم يتم تجميد أزواج الوافرات المرتبطة لمدة حوالي 4 ساعات بعد الارتباط في درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية لتحسين قوة الارتباطيتم فحص رقائق الارتباط باستخدام التصوير بالأشعة تحت الحمراء للتحقق من تشكيل الفراغ في الواجهة. لإكمال عملية نقل الطبقة،يتم طحن رقاقة المانح السيليكونية العليا من أجل نقل كومة طبقة الجيرمانيوم / نتريد السيليكون على رقاقة الركيزةتليها الحفرة الرطبة باستخدام هيدروكسيد التيتراميثيل أمونيوم (TMAH) لإزالة رقاقة المانح السيليكون بالكامل.توقف الحفر يحدث في واجهة الجيرمانيوم / السيليكون الأصلية.
ثم يتم إزالة طبقة الواجهة الجرمنيوم/السيليكون عن طريق التلميع الكيميائي والميكانيكي.لذا فهي قابلة للتطوير لجميع أحجام الرقائقتم استخدام تحليل الانعكاس بالأشعة السينية (XRD) لوصف جودة الأفلام الرقيقة من الجيرمانيوم ، والذي يشير إلى GOS بعد تصنيع رقائق غان ، ويتم عرض النتائج في الشكل 4.تحليل XRD يظهر أن جودة بلورية الطبقة الجرمنيوم البصرية ليس لها تغيير واضح، وقوتها القصوى وشكل المنحنى مشابهة لتلك التي لدى الجيرمانيوم على رقاقة السيليكون.
الرسم البياني 4. نمط XRD من Geng و GOS germanium طبقة البصرية.
خلاصة
باختصار ، يمكن كشف الطبقات المعيبة التي تحتوي على خلطات غير متطابقة عن طريق نقل الطبقات وإزالتها عن طريق التلميع الكيميائي الميكانيكي ،وبالتالي توفير طبقة جيرمانيوم عالية الجودة على SiNx تحت الطلاءتم إجراء عمليات محاكاة للتحقيق في جدوى منصة GON التي توفر نصف قطر انحناء قناة أصغر. يتم تصنيع الموجات على رقائق GON ويتم وصفها عند 3.أطوال موجة 8lmخسارة الانحناء في GON مع نصف قطر 5 ملم هو 0.1460.01 ديسيبل/الانحناء وفقدان الانتشار هو 33560.5 ديسيبل/سممن المتوقع أن تقلل هذه الخسائر من خلال استخدام عمليات متقدمة (مثل التصوير الحجري بالشعاع الإلكتروني والحفر الأيوني التفاعلي العميق) أو عن طريق عدم هيكلة لتحسين جودة الجدار الجانبي.
