Κατασκευή Ολοκληρωμένων Οπτοηλεκτρικών Αρσενικούχου Γαλλίου πάνω σε δισκία πυριτίου
Δεληγεώργης, Γεώργιος
(EL)
Deligeorgis, George
(EN)
Η παρούσα εργασία μελετά την ανάπτυξη μιας πιθανής λύσης που δεν απαιτεί υβριδικές κατασκευές, δηλαδή, την συναρμολόγηση πολλών επιμέρους ψηφιδίων με ολοκληρωμένα κυκλώματα διαφορετικής τεχνολογίας το καθένα μέσα σε ένα chip.Αντίθετα, η δημιουργία μονολιθικά ολοκληρωμένων οπτοηλεκτρικών διατάξεων που αποτελούνται από πολλά ετερογενή υλικά ολοκληρωμένα σε κλίμακα δισκίου είναι η βασική ιδέα της μεθόδου που εξετάζεται σε αυτή την εργασία. Δεδομένου οτι η διάδοση του φωτός δεν πάσχει από προβλήματα καθυστέρησης και απωλειών λόγω χωρητικότητας, θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ένα ολοκληρωμένο στο οποίο βασικά σήματα μεταφέρονται από/προς ή μέσα σε αυτό με οπτικά σήματα και όχι με ηλεκτρικά. Τα συμβατικά ολοκληρωμένα σήμερα βασίζονται στο Πυρίτιο (Si) και συγκεκριμένα στην τεχνολογία CMOS. Το πυρίτιο όμως είναι από τη φύση του ανίκανο να παράγει οπτικά σήματα. Αντίθετα άλλα υλικά όπως το Αρσενικούχο Γάλλιο (GaAs)είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για την παραγωγή φωτός. Επειδή όμως τα υλικά αυτά έχουν αρκετά διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά, δεν γίνεται κανείς να ενσωματώσει το ένα στο άλλο με μεθόδους επιταξίας. Απόπειρες προς αυτή την κατεύθυνση έγιναν την προηγούμενη δεκαετία και απέδειξαν τις περιορισμένες δυνατότητες ενός τέτοιου πονήματος. Η λύση που ερευνήθηκε στην παρούσα εργασία αφορά την ενσωμάτωση του ενός υλικού με το άλλο , όσο ακόμη τα ολοκληρωμένα βρίσκονται σε μορφή δισκίου. Συγκεκριμένα, μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής των κυκλωμάτων στο Πυρίτιο, ένα στρώμα Αρσενικούχου Γαλλίου επικολλάται στην επιφάνεια με χρήση συγκολλητικού υλικού που λέγεται Spin On Glass (υαλώδες υλικό σε υγρή μορφή). Κατόπιν, το Αρσενικούχο Γάλλιο επεξεργάζεται δημιουργώντας οπτοηλεκτρονικές διατάξεις που συνδέονται με τα υποκείμενα κυκλώματα Πυριτίου και οι οποίες αναλαμβάνουν την οπτική λειτουργία. Δισκία κατασκευασμένα με την παραπάνω τεχνική μπορούν να επεξεργαστούν χωρίς να καταστραφούν τα κυκλώματα του πυριτίου γιατί οι θερμοκρασίες επεξεργασίας του Αρσενικούχου Γαλλίου - κατά την κατασκευή διατάξεων - είναι πολύ μικρότερες από αυτές του Πυριτίου. Για να δειχθεί η δυνατότητα μιας τέτοιας εφαρμογής κατασκευάστηκε ένα πρότυπο οπτικό κανάλι επικοινωνίας αποτελούμενο από ένα λέιζερ ημιαγωγού, ένα κυματοδηγό και μια φωτοδίοδο, διασυνδεδεμένα κατάλληλα μεταξύ τους και με το υποκείμενο κύκλωμα πυριτίου. Παρουσιάζεται στην εργασία η μέθοδος κατασκευής τόσο του ετερογενούς υλικού όσο και των διατάξεων GaAs που αποτελούν το οπτικό μέρος του καναλιού (΄λέιζερ, κυματοδηγός και φωτοδίοδος). Γίνεται επίσης χαρακτηρισμός της απόδοσης τους. Τέλος γίνεται μια σύντομη αναφορά στις προοπτικές και τις δυνατότητες που δίνει η προσέγγιση αυτή.
(EL)
