워링크 코나 ----- 중 적외선 통합 광학 파도 안내기
소개
큰 코어 클래딩 인덱스 콘트라스트, 실리콘 나이트라이드 게르마늄 웨이브 가이드를 가진 게르마늄 플랫폼은 중부 적외선 파장에서 입증되었습니다.이 구조의 실행 가능성은 시뮬레이션에 의해 확인됩니다.이 구조는 먼저 실리콘 기판 웨이퍼에 실리콘 나트라이드로 퇴적 된 게르마늄-실리콘 기부 웨이퍼를 결합하여 달성됩니다.그리고 그 다음에는 지층 전송 방법으로 게르메늄-실리콘 나이트라이드 구조를 얻습니다., 모든 웨이퍼 크기에 확장 가능
소개합니다
실리콘 기반 광학은 CMOS 프로세스와 호환성 및 마이크로 전자제품과의 통합 가능성으로 인해 최근 몇 년 동안 많은 관심을 받았습니다.연구원 들 은 광학 의 작동 파장 을 중부 적외선 (MIR) 으로 확장 하려고 노력 해 왔다2~15μm로 정의되었는데, 왜냐하면 MIR에는 다음 세대의 통신, 생화학적 감지, 환경 모니터링 등과 같은 유망한 응용이 있기 때문입니다.표준 단열기 (SOI) 의 실리콘은 산화질소 층을 묻기 위해 물질 손실이 3에서 매우 높기 때문에 MIR에 적합하지 않습니다.미르에서 작동할 수 있는 대체 물질 시스템을 찾기 위해 많은 노력을 기울였습니다.실리콘 오브 사파이어 (SOS) 파도지도 기술은 작동 파장 범위를 4까지 확장하기 위해 추구되었습니다..4lm. 또한 1.2-6.7μm의 넓은 투명성 범위를 제공하는 실리콘 나이트라이드 (SON) 파도 지도가 제안되었습니다. 게르메늄 (ge) 은 넓은 투명성과 많은 광학적 특성을 가지고 있습니다.SOI의 좋은 대안이 되죠.
게르메늄 온 일로레이터 (GOI) 가 제안되었으며, 수동 파도 안내기와 활성 게르메늄 모듈러가 플랫폼에서 제조되었습니다. 그러나 위에서 언급했듯이,옥시드 층을 묻는 것은 실제로 플랫폼의 투명성을 제한합니다.SOI에 있는 게르메늄 또한 전기적 이점을 가지고 있다고 보고되었습니다.현재 포토닉스 연구에서 널리 사용되고 있으며 이미 몇 가지 인상적인 성과를 달성했습니다.이 플랫폼에서 가장 낮은 전파 손실은 0.6dB/cm의 손실이 있다고 보고됩니다. 그러나, 게르마늄 (n.GOS의 굴곡 반지름은 SOI의 굴곡 반지름보다 크게 커야 합니다., 그 결과 GOS 칩에 장착된 장치의 커버리지 영역은 일반적으로 SOI보다 크다.필요한 것은 GOS보다 더 큰 코어 클래싱 굴절 지수 대비를 제공하는 더 나은 대체 게르마늄 파도 유도 플랫폼입니다., 또한 유용한 투명성과 더 작은 채널 구부리 반지름.
이러한 목표를 달성하기 위해, 이 연구에서 제안되고 구현된 구조는 실리콘에 게르마늄 나이트라이드, 여기서 GON이라고합니다.우리의 PECVD 실리콘 나이트라이드 (SiNx) 의 굴절 지수는 3에서 타원학으로 측정되었습니다..8lm. SiNx의 투명성은 보통 7.5mm 정도입니다. 그래서 GON의 기하급수적 대비는많은 수동 광학 장치가 콤팩트한 발자국으로 제조될 수 있습니다., 예를 들어 MachZehnder 인터페로미터, 마이크로 링 rezonator, 그리고 기타. 컴팩트 반지를 만들기 위해, 작은 구부리 반지름이 필요합니다.이는 강한 광적 제한을 가진 고 콘트라스트 파도 선도체에서만 가능합니다.앞으로, 콤팩트 센서 장치도 이러한 게르메늄 플랫폼을 가진 마이크로 링 공명기를 기반으로 실현 될 수 있습니다.우리는 GON을 구현하기 위해 실행 가능하고 확장 가능한 웨이퍼 결합 및 레이어 전송 기술을 개발했습니다..
실험
게르메늄/실리콘 플랫폼은 여러 기술을 통해 제조될 수 있습니다. 이러한 기술에는 게르메늄 응고, 액체화면 에피타시, 20 및 레이어 전송 기술이 포함됩니다.게르마늄이 실리콘 나이트라이드 위에 직접 재배되면, 게르마늄 결정의 품질은 열악한 것으로 예상되며 고밀도의 결함이 형성됩니다.
그래프 2. GOS와 비교하면 네팔 정부의 시뮬레이션 곡선 손실이 낮습니다. 네팔 정부의 파도 가이드 곡선 손실이 낮다는 것을 나타냅니다.
왜냐하면 SiNx는 amorphous이기 때문입니다. 그 결과 이러한 결함이 산란 손실을 증가시킵니다. 이 작업에서 우리는 그림 2에서 보이는 것처럼 GON을 제조하기 위해 웨이퍼 결합 및 레이어 전송 기술을 사용합니다.실리콘 기증자 웨이퍼는 저압 화학 증기 퇴적 (RPCVD) 및 세 단계의 게르메늄 성장 과정을 사용합니다..22 그 다음 게르마늄 부피층은 실리콘 나트라이드로 코팅되고 다른 실리콘 기판으로 옮겨 GON 웨이퍼를 얻습니다. 비교를 위해,일부 게르마늄 실리콘 (GOS) 칩 (동의 방식으로 성장하지만 전송하지 않는) 은 후속 실험에 포함되었습니다.최종 게르마늄 층은 일반적으로 < 5106cm2의 침투 변질 밀도 (TDD), 표면 거칠성 < 1nm, 그리고 0.2%의 팽창 스트레인 23.기증자 웨이퍼가 옥시드와 오염 물질이 없는 표면을 얻기 위해 청소됩니다., 그 다음 비 이온화 된 물 (DI 물) 과 N2 건조로 씻어 내립니다. 청소 프로세스 후, 기증자 웨이퍼는 긴장 균류 SiNx의 퇴적을 위해 Cello PECVD 시스템에 로드됩니다.퇴적 후 몇 시간 동안 반열시켜서 퇴적 중에 웨이퍼에 갇힌 기체가 방출되도록 합니다..
모든 열처리는 40 ° C 이하의 온도에서 수행됩니다. 또한, 다른 1 mm SiNx는 구부러진 효과를 보완하기 위해 웨이퍼의 뒷면에 퇴적됩니다.낮은 온도 플라즈마 화학 증기 퇴적, 300nm의 결합 층이 최종적으로 퇴적됩니다. 결합 층은 실리콘으로 되어 다른 실리콘 처리 웨이퍼와 결합하기가 쉽습니다. 이 작업에서 수성 결합을 사용했기 때문에,물 분자는 결합 반응에서 형성됩니다.따라서, 실리카는 이러한 물 분자를 흡수 할 수 있기 때문에 결합 층으로 선택되었으며, 따라서 높은 결합 품질을 제공합니다.24 접착 층은 표면 거칠성을 줄이고 웨이퍼 접착에 적합하도록 화학적으로 기계적으로 닦습니다 (화학 기계 닦습니다)기증자 웨이퍼는 이후 실리콘 기판 웨이퍼에 결합될 수 있다. 결합하기 전에, 두 웨이퍼 표면은 표면 수분성 향상을 위해 약 15초 동안 O2 플라즈마에 노출된다.
그 후 Adi 세척 단계를 추가하여 표면 하이드록실 그룹의 밀도를 증가시켜 결합을 유발합니다.결합 된 웨이퍼 쌍은 결합 강도를 향상시키기 위해 결합 후 30 ° C 이하의 온도에서 약 4 시간 동안 앙일됩니다.결합 웨이퍼는 인프라 레드 영상을 사용하여 인터페이스 공백 형성을 확인합니다.가장 높은 실리콘 기부 웨이퍼는 기판 웨이퍼에 게르마늄/실리콘 나트라이드 층 스택을 옮기기 위해 맷됩니다.이 다음에는 시리콘 기증자 웨이퍼를 완전히 제거하기 위해 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 (TMAH) 를 사용하여 습기 에칭을 수행합니다.에치 스톱은 원래 게르마늄/실리콘 인터페이스에서 발생합니다..
독일늄/실리콘 인터페이스 층은 화학 및 기계적인 닦아 제거됩니다. 우리의 과정은 두 개의 실리콘 웨이퍼, 실리콘 기부 웨이퍼와 실리콘 기판 웨이퍼를 사용합니다.그래서 모든 크기의 칩에 확장할 수 있습니다갱 칩의 제조 후 GOS를 참조하여 게르마늄 얇은 필름의 품질을 특성화하기 위해 X선 difraksion (XRD) 분석이 사용되었으며 결과는 그림 4에 나타납니다.XRD 분석은 게르메니엄 대각층의 결정 질이 명백한 변화를 보이지 않는 것을 보여줍니다, 그리고 그것의 최고 강도와 곡선 모양은 실리콘 웨이퍼에 있는 게르메늄과 비슷합니다.
그래프 4. 겐과 GOS 게르마늄 부피층의 XRD 패턴.
요약
요약하자면, 부적절한 배열을 포함 한 결함층은 레이어 전송을 통해 노출되고 화학-기계 뽀로로 제거 될 수 있습니다.따라서 코팅 아래의 SiNx에 고품질의 게르마늄 층을 제공합니다.GON 플랫폼의 실현 가능성을 조사하기 위해 시뮬레이션이 수행되었습니다. 더 작은 채널 구부리 반지름을 제공하는. 웨이브 가이드는 GON 웨이퍼에 제조되며 3에서 특징입니다.8mm 파장반지름 5mm의 GON에서 굴곡 손실은 0입니다.14600.01 dB/굽고 전파 손실은 3입니다3560.5 dB/cm이러한 손실은 첨단 프로세스 (전자 빔 리토그래피 및 깊은 반응성 이온 에칭과 같은) 를 사용하여 또는 사이드 월 품질을 향상시키기 위해 구조화하지 않고 추가로 감소 할 것으로 예상됩니다..
