硅光工藝平臺比較

  這篇筆記整理下現有的硅光工藝平臺，并進行相關比較。

  硅光流片平臺主要有：

  1)比利時的IMEC

  2)新加坡的AMF(前身為IME)

  3)法國的LETI

  4)美國的AIM photonics

  5)美國的GlobalFoudries

  6)新加坡的CompoundTek

  7)以色列的TowerJazz

  8)臺積電TSMC

  9)瑞士的STMicroelectronics

  10)德國的IHP

  11)芬蘭的VTT

  北京的中科院微電子所和合肥的38所都可以對外進行硅光的MPW服務，上海微系統所也在搭建一個8寸的硅光工藝線。中芯國際也在進行硅光平臺的建設。

  以下列出這些流片廠提供的PDK參數，便于大家參考與比較。有些平臺的器件參數，例如TSMC和STMicroelectronics，小豆芽沒有收集到，就沒有列出來。

  1) 無源器件

  無源器件主要包括耦合器、MMI、crossing等。對于更復雜的MUX結構，涉及到專利問題，foundry一般不提供PDK。

  表格中的/ 表示fab沒有提供相關的器件參數。從上表中看出：

  1)目前主流的硅光芯片采用220nm的SOI, 只有Leti采用310nm厚的Si, VTT采用3um的厚硅工藝。

  2)硅波導的傳輸損耗約為2-3dB/cm, AIM的硅波導傳輸損耗為1dB/cm。采用淺刻蝕的脊形波導，傳輸損耗可進一步降低。當芯片中有很長的routing波導時，可采用該類型的波導。

  3)端面耦合器的耦合損耗一般在2dB, 光柵耦合器的損耗在3dB左右

  4)MMI的插損一般小于0.5dB, imbalance小于5%

  6)crossing結構的插損在0.3dB左右，串擾非常小，約-30dB

  2) 有源器件

  有源器件主要包括熱相移器、調制器、探測器。

  上表中可以看出：

  1)Foundry大都提供熱相移器，P_pi一般為20mW左右。通過結構設計，P_pi可進一步降低

  2)Foundry提供耗盡型的Mach-Zehnder調制器，其帶寬在20GHz左右，插損在5dB左右，V_pi*L為2V*cm左右

  3)Ge探測器的帶寬在30GHz左右，響應率大約0.7A/W, 暗電流小于100nA

  除了上述的PDK器件參數之外，流片價格和流片時間也是兩個主要的考量因素。小豆芽了解到的MPW流片時間大都在3-4個月，而1個MPW block的價格，不同的foundry相差較大，一般在50K美金左右。

  除了使用foundry提供的PDK外，用戶也可以根據他們提供的technology文件，進行器件的獨立設計。由于硅光芯片目前的發展還處于初期階段，不像集成電路，工程師只需在schematic層面上進行設計，不需要關心底層元器件的性能參數。隨著硅光產業的發展，系統的復雜性增加，應該也會有相似的技術分工。流片廠負責底層器件的優化，用戶只需使用這些PDK去搭建集成光路即可。目前有硅光產品的公司，大都擁有自己獨立的硅光工藝線。