Impresión por microtransferencia para circuitos integrados fotónicos heterogéneos de Si

Impresión por microtransferencia para circuitos integrados fotónicos heterogéneos de Si

El concepto μTP. ( a ) Prefabricación de dispositivos III-V en su sustrato nativo en matrices densas e integración de μTP en el sustrato de Si objetivo. (b) Ilustración de la integración de dispositivos III-V-on-Si en una oblea fotónica de Si con capas de fondo. Solo se necesita un orificio local (cavidad) para permitir un contacto cercano de los elementos III-V con la capa del dispositivo de Si. Reproducido con permiso de J. Zhang et al., en APL Photonics (invitación), 4, página del artículo 110803, doi:10.1063/1.5120004 (2019). publicación AIP. Préstamo: Revista IEEE de temas seleccionados en electrónica cuántica (2022). DOI: 10.1109/JSTQE.2022.3222686

¿Anhela una integración IC homogénea, una placa plana donde pueda meter todos los circuitos que necesita con los dedos? Lo mejor es ir a una tienda de Lego. El resto del mundo avanza rápidamente hacia una integración heterogénea, donde las obleas son tridimensionales, los circuitos integrados son una combinación de funciones electrónicas y fotónicas, y cada especificación se expresa en nanómetros. Es tan difícil como parece, pero mucho más divertido.

A unas 550 millas de la sede de Lego en Bélgica, un grupo de investigadores ha desarrollado un nuevo enfoque para la integración, la impresión por microtransferencia (μTP), que combina las ventajas de la integración de matriz a placa (integración de alto rendimiento) con las ventajas de flip -integración de chips (prefabricación y prefabricación), prueba de componentes no nativos, integración con alta precisión de alineación, sin interrupción del flujo del proceso de fotónica de silicio (SiPh).

Sus trabajos están publicados en Revista IEEE de temas seleccionados en electrónica cuántica.

El proceso de integración de flip-chip implica la aplicación de una serie de pasta de soldadura que se parece a las protuberancias de un ladrillo Lego. Caliente el conjunto y las protuberancias formarán pequeñas bolas de soldadura perfectas que, gracias a la magia de la tensión superficial, conducirán señales eléctricas. Sin embargo, la soldadura gris no es un material de conexión que transmita la luz. En cambio, las guías de ondas (también conocidas como cables a la luz) que conectan los chips fotónicos se fabrican al mismo tiempo que el resto de los dispositivos funcionales o se fabrican más tarde cuando los chips fotónicos están en la plataforma de silicio.

Los rastros electrónicos impresos y los adhesivos conductores se utilizan hoy en día en dispositivos electrónicos comerciales flexibles. La impresión de guías de ondas de vidrio con una plantilla o una impresora 3D no es lo que cubre este artículo. En cambio, los investigadores describen un proceso más parecido a estampar cuero con calcomanías o una impresión antigua, que es como estampar papel. El juguete para niños conocido como Silly Putty tiene un 65 % de polidimetilsiloxano (PDMS), mientras que el sello que usaron los investigadores es 100 % de PDMS y es transparente.

Así que imagine que los ladrillos de Lego están tirados en el piso: tienen diferentes alturas y formas. Para mantener el patrón pero moverlos todos a la vez, puede estirar la plastilina y presionarla contra los ladrillos Lego. Luego transfieres el kit con los ladrillos Lego pegados al tablero. Apretar. Despegue suavemente el PDMS. Voila, moviste los Legos de una manera muy paralela. El diseño publicado proporciona una impresionante tolerancia de alineación lateral de 1 μm. Pero, ¿por qué transferir en absoluto?

La respuesta es: es más fácil y económico hacer “dispositivos III-V” en el sustrato nativo. Los dispositivos emisores de luz requieren materiales con una banda prohibida directa, como InP o GaAs. (Estos son materiales III-V porque emparejan elementos de los grupos tres y cinco de la tabla periódica). Los científicos belgas también están utilizando materiales III-V en sus guías de ondas. En última instancia, sin embargo, estas piezas de tamaño micrométrico deben colocarse sobre un sustrato de silicio por razones económicas.

La tecnología de transferencia es versátil. Se están realizando otras demostraciones de μTP, en particular: láseres de puntos cuánticos InAs/GaAs, materiales magnetoópticos Ce:YIG para aisladores ópticos, LiNbO periódicamente polarizado3 para óptica no lineal y electrónica BiCMOS. La ampliación de la tecnología a baldosas de 200 mm y 300 mm está en progreso. Los investigadores mejoran constantemente el rendimiento del dispositivo (por ejemplo, el rendimiento de los complementos de Laserwall) e investigan el rendimiento y la confiabilidad.

Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer antes de que este proceso pueda utilizarse como tecnología de fabricación.

Más información:
Gunther Roelkens et al., Micro-Transfer Printing for Heterogeneous Si Photonic Integrated Circuits, Revista IEEE de temas seleccionados en electrónica cuántica (2022). DOI: 10.1109/JSTQE.2022.3222686

Proporcionado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

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