用于异质性Si光子集成电路的微转印

煤油灯科技2023-06-30 09:51

你是否为芯片的同质集成感到怀旧?哪里有一个平板,你可以用手将所需的电路装入其中?或许去乐高店是最好的选择。世界其他地方正迅速转向异质集成——在这里,电路板呈现3D形式,芯片则是电子和光子功能的组合,并且每一项规格都以纳米为单位。正如它听起来的那样具有挑战性,但却更加有趣。

在比利时,距离乐高总部约550英里的地方,一群研究人员开发了一种新的集成方法,即微传输印刷(μTP),它将晶圆键合集成(高通量集成)的优点与反向芯片(flip-chip)集成(预制和预测试非原生组件、高对准精度集成、不干扰硅光子学(SiPh)流程)的优点结合在一起。

他们的工作发表在《IEEE量子电子选题杂志》上。

翻转芯片集成的过程涉及到放置一系列锡膏,看上去就像乐高砖上的凸起。加热装配体后,这些凸起会形成完美的小型焊球,借助表面张力的神奇效应来传导电信号。然而,灰色焊料并非用于传输光信号的连接材料。相反,光子芯片之间进行光传输的波导(又称为光导线)要么与其它功能设备同时制造,要么在光子芯片安装在硅平台上后再制作。

当今的商业电子产品中,使用了印刷的电子路径和导电胶粘剂来实现灵活性。然而,本篇论文所描述的并不是通过印刷玻璃波导板来实现的,可以将其比喻为通过贴纸或传统的印刷方式来烫印皮革的过程,这类似于将印章按压在纸上。研究人员所采用的印章是用100% PDMS材料制成的,透明度较高,而儿童玩具“Silly Putty”中的成分则包含了65%的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

所以,想象一下你的乐高积木散落在地板上,高度和形状各异。为了保持你的图案,但又可以一次性地移动它们,你可以将无聊的橡皮泥拉长并压在乐高上。然后,你将带着附着着乐高的橡皮泥移动到一个板子上。用力按下。轻轻地剥离PDMS。哇,你以极高的并行性将乐高转移了过去。该设计具备令人印象深刻的1微米的横向对齐容忍度。但是,为什么需要转移呢?

答案是,使用本地底片制造"III-V器件"更易且成本更低。发光器件需要具有直接能带材料,例如磷化铟或砷化镓(它们属于周期表第三和第五组的III-V材料)。比利时的研究人员也在他们的波导中使用III-V材料。然而,出于经济原因,这些微米级零件最终必须放置在硅底片上。

转移技术是多用途的。μTP的其他应用正在进行中,包括:InAs/GaAs量子点激光器、Ce:YIG磁光材料用于光隔离器、周期极化LiNbO3用于非线性光学以及BiCMOS电子器件。扩大技术规模,使其适用于200毫米和300毫米晶圆也正在进行中。研究人员不断改善设备性能(例如激光器电力转换效率)并研究产量和可靠性。

然而,要将这个过程作为一种生产技术来使用,还有一段距离要走。

 

---煤油灯科技victorlamp.com编译整理---

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