Silicon photonic MEMS building blocks for low-power programmable circuits
Tid: Fr 2022-11-25 kl 09.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: Zoom link for online defense
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Pierre Edinger , Mikro- och nanosystemteknik
Opponent: Assistant Professor Sangyoon Han, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology
Handledare: Kristinn Gylfason, Mikro- och nanosystemteknik; Frank Niklaus, Mikro- och nanosystemteknik
QC 20221104
Abstract
Kiselfotonik, eller ingränsningen och kontrollerandet av ljus i integrerade optiska vågledare av kisel, has vuxit fram snabbt från labbmiljö till högpresterande chip för telekommunikation. Med den samtida förbättringen i vågledarprestanda är den här teknologin lovande för ett brett spektra av nya applikationer, från specialiserad datorberäkning till sensorer. Nuvarande implementeringar av den här tekniken i chip är dock begränsad i skala. De tillgängliga byggstenarna som användas för att kontrollera kretsarna är inte rillräckligt bra för att användas upprepade gånger i stora kretsar.
Dagens aktiva byggstenar i kiselfotonik är beroende av uppvärmning och den termo-optiska effekten för aktuering. Den möjliggör monolitisk integrering av byggstenar i kiselfotoniska platformar, med låga optiska förluster och relativt korta optiska längder. Sådana värmebaserade byggstenar förbrukar dock mer än 1mW per device. Opto-elektroniska aktuatorer är också tillgängliga för höghastighetsmodulering i kiselfotoniska platformar men lider av höga förluster och är långa.
Mikromekaniska aktuatorer för kiselfotonik kan bidra med den teknik som saknas för uppskalning av fotoniska kretsar. Kisel är ett material med utmärkta mekaniska egenskaper, och MEMS-aktuatorer kan därför designas på samma lager som används för vågledarna. Elektrostatiska MEMS-aktuatorer förbrukar väldigt lite energi (1nW statiskt läckage per device), kan uppnå optiska förluster på samma nivå som dagens termo-optiska devicer, på kortare längder, och har svarstider på mikrosekund-nivå. Dessa aktuatorer kräver dock partiell suspension av kiselstrukturer för att uppnå rörelse, vilket inte är en tillgänglig teknik i kiselfotoniska platformar, och representerar ytterligare utmaningar vad gäller paketering av devicer.
Forskningen som presenteras i denna avhandling avser att föra storskaliga kiselfotoniska närmare kretsar verhligheten genom integration av MEMS-aktuatorer. MEMS-baserade byggstenar med skalbar optisk prestande utvecklades och inkluderades i fotoniska kretsar. Alla devicer och kretsar implementerades i en kiselfotonisk plattform (IMEC’s iSiPP50G) med några platformskompatibla efterbehandlingssteg. Slutligen utvecklades en lösning för försegling på wafer-nivå av dessa MEMS-aktuatorer, som är kompatibel med efterföljande paketering och som förbättrar den mekaniska prestandan hos dessa devicer.