18、基于硅平台的高速光子集成芯片：设计、制造与性能解析

基于硅平台的高速光子集成芯片：设计、制造与性能解析

在当今高速通信和数据处理的时代，高速光子集成芯片（PIC）的发展至关重要。本文将深入探讨基于硅平台的高速光子集成芯片的设计、制造过程以及其性能表现。

集成芯片制造

制造集成硅PIC时，采用具有1μm厚掩埋氧化物和约0.5μm厚顶部硅层的SOI晶圆作为起始材料。具体制造步骤如下：
1. 形成p型区域 ：在要创建高速调制器的区域首先注入硼，以形成二极管的p型区域。
2. 蚀刻波导和耦合器 ：通过单次硅蚀刻步骤，创建所有的多模干涉（MMI）耦合器以及用于解复用器（DEMUX）、复用器（MUX）和马赫 - 曾德尔调制器（MZMs）的0.6μm宽肋形波导。
3. 氧化平滑处理 ：进行短时间的热氧化，作为氧化物平滑步骤，以减少肋侧壁粗糙度，从而降低无源波导的传输损耗。
4. 晶圆平面化 ：沉积二氧化硅（SiO₂）并进行化学机械抛光（CMP），使晶圆平面化，CMP在波导肋上方停止。
5. 完成PN二极管制造
- 蚀刻2.7μm宽的沟槽，不对称地位于肋上方。
- 使用非选择性外延工艺生长硅，在肋正上方填充单晶硅，在肋周围的氧化物上方填充多晶硅。
- 将晶圆在1100°C下退火1小时，以提高多晶硅的材料质量，并均匀分布先前注入的硼掺杂剂。
- 进行硅CMP，确保顶部硅层（硅翼）厚度为0.1μm。
- 向硅翼和肋中注入磷，形成二极管的n型区域。二极管的p掺杂浓度目标为1.5 × 10