Монолитная интеграция материалов с фазовым переходом на бэкэнде технологического процесса в кремниевую фотонику, изготовленную на производственной платформе

Монолитная интеграция новых материалов без модификации существующей библиотеки фотонных компонентов имеет решающее значение для развития гетерогенных кремниевых фотонных интегральных схем. В данной работе продемонстрировано введение слоя нитрида кремния, служащего стоп-слоем при травлении, на выбранных участках в сочетании с оксидной траншеей с низкими потерями, что позволяет интегрировать функциональные материалы без снижения надежности устройств, подтвержденной производственным процессом. В качестве примера два различных халькогенидных материала с фазовым переходом (PCM), обладающих выраженными возможностями энергонезависимой модуляции, а именно Sb2Se3 и Ge2Sb2Se4Te1, были монолитно интегрированы на бэкэнде технологического процесса, обеспечив компактные узлы настройки фазы и интенсивности с нулевым статическим энергопотреблением. Благодаря использованию этих функциональных элементов удалось уменьшить фазовую ошибку оптического переключателя на основе интерферометра Маха—Цендера с двухтактным управлением, одновременно снизив пиковое энергопотребление на 48%. Также были реализованы микрокольцевые фильтры с селективной по длине волны модуляцией интенсивности более чем на 5 бит и широкополосные аттенюаторы на основе волноводов с модуляцией интенсивности более чем на 7 бит. Эта совместимая с производственным процессом платформа может открыть возможности для интеграции других высокоэффективных оптоэлектронных материалов в будущие комплекты проектирования технологических процессов кремниевой фотоники.