硅光工藝平臺(tái)比較

  這篇筆記整理下現(xiàn)有的硅光工藝平臺(tái)，并進(jìn)行相關(guān)比較。

  硅光流片平臺(tái)主要有：

  1)比利時(shí)的IMEC

  2)新加坡的AMF(前身為IME)

  3)法國(guó)的LETI

  4)美國(guó)的AIM photonics

  5)美國(guó)的GlobalFoudries

  6)新加坡的CompoundTek

  7)以色列的TowerJazz

  8)臺(tái)積電TSMC

  9)瑞士的STMicroelectronics

  10)德國(guó)的IHP

  11)芬蘭的VTT

  北京的中科院微電子所和合肥的38所都可以對(duì)外進(jìn)行硅光的MPW服務(wù)，上海微系統(tǒng)所也在搭建一個(gè)8寸的硅光工藝線。中芯國(guó)際也在進(jìn)行硅光平臺(tái)的建設(shè)。

  以下列出這些流片廠提供的PDK參數(shù)，便于大家參考與比較。有些平臺(tái)的器件參數(shù)，例如TSMC和STMicroelectronics，小豆芽沒(méi)有收集到，就沒(méi)有列出來(lái)。

  1) 無(wú)源器件

  無(wú)源器件主要包括耦合器、MMI、crossing等。對(duì)于更復(fù)雜的MUX結(jié)構(gòu)，涉及到專利問(wèn)題，foundry一般不提供PDK。

  表格中的/ 表示fab沒(méi)有提供相關(guān)的器件參數(shù)。從上表中看出：

  1)目前主流的硅光芯片采用220nm的SOI, 只有Leti采用310nm厚的Si, VTT采用3um的厚硅工藝。

  2)硅波導(dǎo)的傳輸損耗約為2-3dB/cm, AIM的硅波導(dǎo)傳輸損耗為1dB/cm。采用淺刻蝕的脊形波導(dǎo)，傳輸損耗可進(jìn)一步降低。當(dāng)芯片中有很長(zhǎng)的routing波導(dǎo)時(shí)，可采用該類型的波導(dǎo)。

  3)端面耦合器的耦合損耗一般在2dB, 光柵耦合器的損耗在3dB左右

  4)MMI的插損一般小于0.5dB, imbalance小于5%

  6)crossing結(jié)構(gòu)的插損在0.3dB左右，串?dāng)_非常小，約-30dB

  2) 有源器件

  有源器件主要包括熱相移器、調(diào)制器、探測(cè)器。

  上表中可以看出：

  1)Foundry大都提供熱相移器，P_pi一般為20mW左右。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，P_pi可進(jìn)一步降低

  2)Foundry提供耗盡型的Mach-Zehnder調(diào)制器，其帶寬在20GHz左右，插損在5dB左右，V_pi*L為2V*cm左右

  3)Ge探測(cè)器的帶寬在30GHz左右，響應(yīng)率大約0.7A/W, 暗電流小于100nA

  除了上述的PDK器件參數(shù)之外，流片價(jià)格和流片時(shí)間也是兩個(gè)主要的考量因素。小豆芽了解到的MPW流片時(shí)間大都在3-4個(gè)月，而1個(gè)MPW block的價(jià)格，不同的foundry相差較大，一般在50K美金左右。

  除了使用foundry提供的PDK外，用戶也可以根據(jù)他們提供的technology文件，進(jìn)行器件的獨(dú)立設(shè)計(jì)。由于硅光芯片目前的發(fā)展還處于初期階段，不像集成電路，工程師只需在schematic層面上進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要關(guān)心底層元器件的性能參數(shù)。隨著硅光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，應(yīng)該也會(huì)有相似的技術(shù)分工。流片廠負(fù)責(zé)底層器件的優(yōu)化，用戶只需使用這些PDK去搭建集成光路即可。目前有硅光產(chǎn)品的公司，大都擁有自己獨(dú)立的硅光工藝線。