Лаборатория технологии материалов и элементов интегральной радиофотоники

Объект - тонкие пленки нитрида и оксида кремния, а также интегральные оптические микроволноводы, делители мощности, интерферометры и кольцевые резонаторы, изготовленные из этих пленок. Цель - разработка отечественной технологии изготовления элементов интегральной радиофотоники на основе планарных микроволноводов из нитрида кремния. Метод – технологию плазмохимического осаждения пленок нитрида и оксида кремния, технологии литографии и травления, измерение затухания в исследуемых структурах и экспериментального исследования оптических микроволноводов, делителей мощности, интерферометров, кольцевых резонаторов, а также создание инструментов проектирования топологий фотонных интегральных схем на их основе. Результаты исследования - 1. разработана промышленная технология создания базовых интегрально-оптических элементов; 2. разработана аналитическая теория, описывающая рабочие характеристики базовых интегрально-оптических элементов таких, как разветвители (делители мощности), резонаторы, интерферометры, а также разработан набор инструментов проектирования их топологий; 3. получены результаты экспериментальных исследований рабочих характеристик базовых интегрально-оптических элементов таких, как разветвители (делители мощности), резонаторы, интерферометры, проведено сопоставление теоретических и экспериментальных результатов исследований. Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные показатели – разработана технология создания элементов фотонных интегральных схем на основе канальных волноводов из нитрид кремния с поперечным сечением 900×400 нм2 и 900×700 нм2 с уровнем затухания порядка 4,5 дБ/см, а также отработан процесс постростового отжига, позволяющий снизить потери до 3 дБ/см, разработан метод неразрушающего контроля и характеризации элементов фотонных интегральных схем из экспериментальных характеристик тестовых кольцевых резонаторов. Степень внедрения – совместно с АО «ОКБ-Планета» разработана промышленная технология базовых элементов ФИС на нитриде кремния; предложен трансфер основных операций разработанного технологического маршрута на отечественное оборудование, выпускаемое АО «Научное и технологическое оборудование»; разработан метод характеризации и контроля качества фотонных интегральных схем; в интересах ООО «Т8» разработан метод экспериментального исследования передаточных характеристик фотонных интегральных схем. Область применения – технология изготовления фотонных интегральных схем на базе отечественных предприятий приведет к ускорению разработки принципиально новых устройств фотоники и радиофотоники, использование которых позволит значительно улучшить характеристики существующих приборов и устройств сверхвысокочастотного и оптического диапазона частот. Экономическая эффективность – в рамках проекта разработан неразрушающий метод диагностики, который позволит значительно ускорить процесс отработки технологии создания фотонных интегральных схем и упростить контроль их качества, кроме того рассмотрены возможности переноса технологии плазмохимического осаждения с зарубежной технологической базы на отечественную, что позволит снизить затраты на производство, обслуживание и время развертки производства, а также производить модернизацию технологического оборудования и ключевых технологических процессов исходя из требований заказчика и выпускаемой продукции. Все вышеперечисленное повышает конкурентоспособность и позволяет достичь технологического суверенитета Российской Федерации. Прогнозные предположения - дальнейшее направление работы заключается в разработке технологии компонентов фотонных интегральных схем на основе многослойных нитрид-кремниевых структур. Для этого следует сфокусироваться на решении следующих укрупненных задач: 1) разработка теоретических моделей для решения обратной задачи определения геометрических размеров волноводов, а также зазора между связанными волноводами, из экспериментально измеренных дисперсионных характеристик и частотной зависимости коэффициента связи элементов фотонных интегральных схем; 2) реализация лицевой связи волноводов, расположенных в разных слоях нитрида кремния, разделенных слоем оксида кремния, а также с кольцевым резонатором; 3) разработка макета для измерения дисперсионных характеристик и затухания волн в интегрально-оптических волноводах из нитрида кремния, а также частотных зависимостей коэффициента связи элементов фотонных интегральных схем, построенных на их основе; 4) исследование технологии осаждения многослойных тонкопленочных структур на основе оксида и нитрида кремния, а также изготовления многослойных структур на основе тонких пленок оксида и нитрида кремния для формирования трехмерных фотонных интегральных схем.