Страница 8 из 11
Этот подход аналогичен таковому при производстве микроэлектронных схем и заключается в том, что PDK можно рассматривать как набор строительных блоков, где каждый компонент в библиотеке является отдельным блоком. Как и в случае с микроэлектроникой, дизайнер может использовать эти блоки для создания многих типов фотонных схем для различных приложений.
Как и в случае с микроэлектроникой, создание собственных компонентов возможно только при соблюдении правил фабрики. Эти правила включают в себя такие параметры, как стек материала, минимальное расстояние между оптическими компонентами, максимальная глубина травления и т.д.
В настоящее время производство современных оптических интегральных схем происходит на предприятиях, занимающихся производством микроэлектронных компонентов. Это связано с тем, что процесс создания фотонного чипа включает в себя использование схожих технологических процессов, которые используются в производстве микроэлектроники.
В процессе создания фотонного чипа используются такие технологические процессы, как литография, напыление металла, травление и другие. Однако, в отличие от микроэлектроники, в фотонике используются оптические материалы, такие как кремний и нитрид кремния, а также специальные технологии для создания оптических компонентов, таких как волноводы и связывающие элементы.
Разработчики фотонных чипов также используют блоки, как и в случае с разработкой кремниевых микросхем. Для этого они используют набор проектирования процесса (PDK), который предоставляется фабрикой.
PDK можно сравнить с набором строительных блоков, где каждый фотонный компонент в библиотеке является отдельным блоком. Дизайнер может использовать эти блоки для создания многих типов фотонных схем для различных приложений. Общая технология полезна для снижения затрат, когда дизайнер использует предопределенные, протестированные фотонные компоненты на выбранной им платформе.
Этот PDK содержит базовые компоненты, такие как волноводы, связывающие элементы и другие, которые могут быть использованы для создания различных фотонных интегральных схем. Разработчики могут выбирать нужные компоненты из библиотеки PDK, чтобы создавать свои фотонные устройства.
Однако, как и в случае с микроэлектроникой, создание собственных компонентов возможно только при соблюдении правил фабрики. Для этого разработчикам необходимо следовать определенным параметрам, таким как стек материала, минимальное расстояние между оптическими компонентами и другие, чтобы использовать настраиваемый компонент из определенной фабрики.
Таким образом, использование PDK в интегральной фотонике позволяет разработчикам быстрее и эффективнее создавать новые фотонные интегральные схемы, а также уменьшить затраты на разработку и производство. Дизайнеры могут проектировать широкий спектр фотонных интегральных схем (PIC), используя фотонные компоненты фабрики, которые технически и геометрически представлены в их наборах проектирования процесса.
Дизайнер также может создавать свои собственные строительные блоки, но он должен следовать правилам изготовления фабрики, чтобы использовать настраиваемый компонент из определенной фабрики. Правила обычно включают для проектирования определяют стек материала (типы слоев и толщина), минимальное расстояние между оптическими компонентами (например, зазоры между волноводами), максимальная глубина травления, металлизация и электрические зонды (как разместить металл, разрешенные металлические слои) и размер особенностей (размер волноводов, отверстий, активных зон и т.д.).
Материалы и структуры PDK содержит информацию о доступных материалах и структурах, которые можно использовать при проектировании фотонных микросхем.
Важными материалами, используемыми в фотонных микросхемах, являются полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как кремний (Si), германий (Ge) или соединения III-V-группы (например, GaAs). Эти материалы обладают свойством поглощать свет определенной длины волны и генерировать пару электрона-дырка под его воздействием.
Структуры PDK фотонных микросхем обеспечивают контур активной области или пространства для расположения основных компонентов транзистора. Некоторые из наиболее распространенных структур включают:
Волноводы – структуры оптического проводников, которые направляют свет. Они могут быть одномодовой или многомодовой, в зависимости от требуемых свойств передачи сигнала.
Полупроводниковые п-переходы – структуры, которые образуются при соединении полупроводников разных типов проводимости (p и n). Они играют роль предельных контактов фотонного транзистора и служат для подключения к внешней цепи.
Контролирующие электроды. Фотонные микросхемы могут иметь дополнительные электрические контакты или электроды, которые используются для изменения напряжения или тока в базовом слое и, следовательно, для управления пропусканием света через активную область.
PDK является необходимым компонентом при разработке фотонных микросхем, поскольку он предоставляет инженерам все необходимые данные и инструменты для создания и оптимизации устройств на основе принципов фотопроводимости.
Технологические правила PDK определяет технологические правила, которые необходимо соблюдать при разработке фотонной микросхемы. Они указывают на минимальный размер элементов, допустимое расстояние между ними, требования к выравниванию и другую техническую информацию.
В основном, технологические правила PDK включают следующие аспекты:
Геометрия элементов: Это определяет размеры и форму каждого компонента на фотонной микросхеме. Эти данные помогут разработчику создать точный дизайн с учетом требуемых габаритных размеров.
Материалы: Технологические правила указывают используемые материалы для каждого слоя структуры фотонной микросхемы. Например, это может быть полупроводниковый материал или покрытия для защиты от окружающей среды.
Параметры процесса: Важная часть PDK – это набор параметров процесса изготовления, таких как толщина слоя материала, температура обработки и время. Эти параметры определяют точность изготовления и электрические характеристики фотонной микросхемы.
Шаблоны масок: Технологические правила PDK также включают информацию о шаблонах масок, которые используются для создания различных элементов на фотонной микросхеме. Они определяют форму и расположение каждого компонента на субстрате.
Электрические характеристики: Технологическое PDK также может содержать информацию о ключевых электрических характеристиках, таких как проходимость света через устройство или коэффициент усиления для усилителей световой энергии.
Условия работы: В некоторых случаях технологическое PDK может указывать условия работы фотонной микросхемы, например допустимый диапазон рабочего напряжения или частоту переключения.
Этот раздел PDK является основой для разработчиков при создании фотонных микросхем и позволяет им соблюдать определенные стандарты и требования при проектировании и изготовлении устройств на основе фотонных транзисторов.
Базисные модели PDK предоставляет базисные модели для описания электрического поведения элементов фотонной микросхемы. Эти модели позволяют проводить симуляции работы устройств на основе данных об электромагнитном поле и зарядно-транспортном поведении.Они определяют основные характеристики материалов, структур и компонентов, используемых в фотонной интегральной схеме.
В базисных моделях PDK обычно содержатся следующие элементы:
Модели компонентов: Базисные модели описывают поведение каждого компонента в фотонной микросхеме, таких как волоконно-оптические связи, резоныаторы или каналы передачи света. Эти модели определяют электрическую и оптическую характеристику каждого компонента.