Разработка, создание и измерение пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON» (заключительный)

Отчет 1ч., 108с., 76 рис., 26 табл., 8прил., 12 ист. ВОЛНОВОД, МОДОВЫЙ КОНВЕРТЕР, ИЗГИБЫ ВОЛНОВОДОВ, ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, Y – РАЗВЕТВИТЕЛЬ, НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, МНОГОМОДОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ, MMI, ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ВОЛНОВОДОВ, КОЛЬЦЕВОЙ РЕЗОНАТОР, ВОЛНОВОДНАЯ БРЭГГОВСКАЯ РЕШЁТКА, ИНТЕРФЕРОМЕТР МАХА-ЦАНДЕРА, ДИФРАКЦИОННАЯ ВОЛНОВОДНАЯ РЕШЁТКА, AWG. Настоящий НТО разработан ООО «ФИСТЕХ» в соответствии с требованиями технического задания на выполнение НИОКР «Разработка, создание и измерение пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON» во исполнение Договора (Соглашения) №34ГТС1РЭС14/72131 о предоставлении гранта на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ от 24 декабря 2021г., заключенного с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере». Основной целью НИОКР является разработка, создание и измерение пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON. Настоящий отчёт содержит научно-технические результаты выполнения трех этапов работы «Разработка, создание и измерение пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON». Данный отчет содержит в себе кратко изложенные материалы двух промежуточных отчетов по этапам 1 и 2 по темам: «Разработка, создание и измерение пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON.» и «Отработка техпроцессов фотолитографии, плазмохимического травления, осаждения пленок, термообработок. Разработка эскизного маршрута изготовления библиотечных компонентов ФИС. Изготовление экспериментальных образцов пассивных компонентов ФИС. Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов библиотечных компонентов ФИС.», соответственно. Так же данный отчет содержит новые материалы по работам 3 этапа по теме: «Проведение комплекса работ по подготовке экспериментальных образцов к исследовательским испытаниям в соответствии с ПМИ. Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов в соответствии с ПМИ. Разработка проекта ТЗ на выполнение ОКР по разработке опытного образца.» Целями первого этапа работ являлись: разработка комплекта фотошаблонов пассивных компонентов фотонных интегральных схем (ФИС) для дальнейшего тестирования и оптимизации; выбор и отработка технологии изготовления. В рамках отработки технологии целями проекта являлись разработка техпроцессов фотолитографии, термообработок, плазмохимического травления, осаждения пленок, проведение промежуточного технологического контроля. Комплект фотошаблонов был разработан с учетом технологических требований фабрики в результате численного моделирования пассивных компонентов и их первичной оптимизации. Результаты были переданы фабрике в виде GDS масок с указаниями слоев, толщин и их геометрических параметров. В ходе работы, была выбрана и описана необходимая технология изготовления ФИС. Были разработаны частные технические задания (ЧТЗ) на основные технологические процессы, на основе которых был проведен расчет технологических параметров канальной волноводной структуры на кремниевой подложке, состоящей из нижнего кладдинга (нижнего буферного слоя), волноводного слоя и верхнего кладдинга (верхней оболочки). По результатам данных исследований было подготовлено ЧТЗ на отработку процесса формирования фотокопии, на основе которого был разработан фотошаблон для дальнейшего тестирования разработанных компонентов ФИС. Целями второго этапа являлись: отработка техпроцессов изготовления библиотечных компонентов ФИС; изготовление экспериментальных образцов пассивных компонентов ФИС; подготовка ПМИ экспериментальных образцов. Таким образом, в процессе выполнения второго этапа работ были получены следующие результаты: – отработаны технологические режимы формирования нижнего кладдинга и верхнего кладдингов из SiO2; – отработаны технологические режимы формирования волноводного слоя оксинитрида кремния (SiON) контрастностью в диапазоне 2…3%; – исследованы технологические режимы травления волноводного слоя через маски хрома, альфа-кремния и резиста. Наилучшие результаты были получены для использования маски фоторезиста; – разработана технология формирования волноводной канальной структуры на основе волноводов толщиной до 3мкм; – разработан эскизный маршрут изготовления элементов ФИС; – изготовлен фотошаблон для степпера Nikon NSR4425i для конечной подготовки экспериментальных образцов, а также сами экспериментальные образцы; – подготовлена программа методики измерений для последующего измерения необходимых параметров фотошаблона. Целями третьего этапа являлись: подготовка и проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов к исследовательским испытаниям в соответствии с ПМИ; разработка проекта ТЗ на выполнение ОКР по разработке опытного образца. Таким образом, в ходе выполнения третьего этапа были получены следующие результаты: – проведён комплекс работ по подготовке экспериментальных образцов к испытаниям (см. Приложение Г); – проведены измерения лабораторных образцов в соответствии с ПМИ; – подготовлены Протокол и Акт анализа и измерения лабораторных образцов (см. Приложения А и Б); – подготовлен итоговый НТО – подготовлено ТЗ на выполнение ОКР по разработке опытного образца (см. Приложение Д). В результате исследования сформированных структур базовых элементов были получены следующие результаты: Для ключевых компонентов были достигнуты требования ТЗ, для модовых конвертеров, Y-разветвителей, и направленных ответвителей требования ТЗ не были выполнены, однако отклонения незначительные и не по всем параметрам, к тому же, при дальнейшей доработке технологии и дизайна, требования ТЗ достижимы. Поэтому можно сделать вывод о необходимости по продолжению работ и дальнейшему итеративному улучшению технологии. На основе разработанной в ходе проекта технологии и компонентов возможна дальнейшая разработка устройств, применяемых в оптических телекоммуникациях, сенсорике, биофотонике, и оптических вычислениях. Данная технология, являясь технологией ФИС, позволяет получить более дешевые, компактные и надежные оптические устройства, в чем и заключается её экономическая эффективность. В ходе работ были получены следующие РИД: «Программа для дизайна и генерации фотошаблона для производства библиотечных пассивных элементов фотонных интегральных схем на платформе SiON» и «Фотошаблон для изготовления пассивных элементов структуры фотонных интегральных схем на платформе SiON». В результате проведения работ по проекту пункты всех этапов календарного плана были успешно выполнены. Сделан ключевой вывод о принципиальной возможности создания функциональных устройств на данной платформе, и выявлены компоненты требующие доработки.