Интегрально-оптические устройства: новые технологии

14 мая 2019 года состоялся очередной научно-методический семинар Академического совета по научной работе департамента электронной инженерии МИЭМ. С докладом "Разработка и создание оптических интегральных схем» выступил аспирант 2-го года обучения Базовой кафедры квантовой оптики и телекоммуникаций ЗАО "Сконтел" Проходцов Алексей Игоревич.

Доклад был посвящен разработке и созданию оптических интегральных схем (ОИС), которые представляют собой устройства, объединяющие в себе несколько компонентов: источники света, логические элементы и детекторы оптического излучения. Основное различие ОИС между электронными интегральными схемами состоит в том, что в ОИС для передачи информации используется оптический сигнал, обычно в видимом спектре или в ближнем инфракрасном диапазоне (от 850 до 1650 нм) вместо электрического тока. Подобно электронным микросхемам в оптических множество элементов можно объединить в сложные схемы, полностью готовые устройства, путем соединения отдельных компонент с оптическими волноводами. Преимуществами интегрально-оптических устройств являются помехоустойчивость, низкое энергопотребление и тепловыделение и др. Кроме того, технология изготовления оптических элементов зачастую является КМОП-совместимой, что позволяет применить её уже на существующих линиях изготовления ИС.

В начале доклада Проходцов А.И. рассказал об оптических интегральных схемах и основных элементах для ввода/вывода и распространения света на чипе, а также рассмотрены их преимущества над оптоволоконными аналогами. Далее был показан процесс разработки дизайна и технологического маршрута изготовления оптического планарного волновода на чипе из нитрида кремния, а также рассмотрена методика экспериментальных измерений изготовленных структур. 

Основная часть доклада была посвящена конкретным проектам аспиранта:

1. Квантовый генератор случайных чисел (QRNG) на чипе. Создаваемое устройство представляет собой интегрально оптическую структуру, в которой генерация случайных чисел происходит за счет флуктуаций фазы лазерного диода на входе схемы, приводя к флуктуациям амплитуды сигнала на выходе за счет использования интерферометра Маха-Цендера с плечами разной длины.
2. 3D оптические межсоединения. Такие межсоединения нужны для увеличения скорости передачи сигналов от одной микросхемы и уменьшения энергопотребления за счет перевода электрических сигналов в оптические и обратно.
3. Флип-чип вертикально излучающего лазера (VCSEL) с планарной оптической схемой. Разрабатываемая технология позволит интегрировать лазерные диоды с решеточным элементом связи для последующей реализации полностью законченных интегрально-оптических устройств со всеми необходимыми компонентами на одном чипе.

Задачи, имеющиеся в проектах, направлены не только на создание отдельных устройств, но и помогают решить цель диссертационной работы - создание полностью законченных интегрально-оптических устройств на чипе.

В ходе обсуждения доклада слушателями были заданы вопросы о способах ввода и вывода излучения и его распространении в волноводе.