Etude d'un photodétecteur intégré pour les interconnexions optiques dans les circuits microélectroniques PDF Download
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Author: Mathieu Rouvière
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Category :
Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
Les interconnexions optiques intra-puce constituent une voie alternative pour pallier les limitations des interconnexions métalliques globales dans les prochaines générations de circuits intégrés CMOS. Ce travail porte sur l'étude d'un photodétecteur rapide et sensible intégré en bout d'un guide d'onde SOI (silicium sur isolant) et fonctionnant à 1,3 μm.L'étude des propriétés des matériaux compatibles avec la filière silicium a conduit à sélectionner le germanium pur pour absorber la lumière.Plusieurs configurations optiques et électriques ont été considérées et leurs paramètres essentiels évalués : encombrement, temps de collection des porteurs, capacité, courant d'obscurité, tension de polarisation, etc. Ils sont ensuite utilisés pour évaluer les performances d'un circuit de réception CMOS pour une distribution optique d'un signal d'horloge.Les épitaxies par dépôt chimique en phase vapeur permettent la réalisation de couches de germanium ayant une épaisseur compatible avec une intégration en bout de guide d'onde SOI (~ 300 nm). Les principales caractéristiques de ces couches ont été mesurées : coefficient d'absorption (7500 cm-1 à 1,3 μm), résistivité, mobilité des trous (1300 cm2V-1.s2), durée de vie, etc. ainsi que l'influence des traitements thermiques post-épitaxie.Des photodétecteurs MSM (Métal Semi-conducteur Métal) à éclairement par la surface ont été fabriqués et caractérisés avec des analyses vectorielles RF et des mesures picosecondes. Ces composants ont des fréquences de coupure allants jusqu'à 35 GHz.En parallèle, le dimensionnement de photodétecteurs intégrés a été effectué et l'ensemble des étapes technologiques nécessaires a été défini.
Author: Mathieu Rouvière
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Pages : 170
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Les interconnexions optiques intra-puce constituent une voie alternative pour pallier les limitations des interconnexions métalliques globales dans les prochaines générations de circuits intégrés CMOS. Ce travail porte sur l'étude d'un photodétecteur rapide et sensible intégré en bout d'un guide d'onde SOI (silicium sur isolant) et fonctionnant à 1,3 μm.L'étude des propriétés des matériaux compatibles avec la filière silicium a conduit à sélectionner le germanium pur pour absorber la lumière.Plusieurs configurations optiques et électriques ont été considérées et leurs paramètres essentiels évalués : encombrement, temps de collection des porteurs, capacité, courant d'obscurité, tension de polarisation, etc. Ils sont ensuite utilisés pour évaluer les performances d'un circuit de réception CMOS pour une distribution optique d'un signal d'horloge.Les épitaxies par dépôt chimique en phase vapeur permettent la réalisation de couches de germanium ayant une épaisseur compatible avec une intégration en bout de guide d'onde SOI (~ 300 nm). Les principales caractéristiques de ces couches ont été mesurées : coefficient d'absorption (7500 cm-1 à 1,3 μm), résistivité, mobilité des trous (1300 cm2V-1.s2), durée de vie, etc. ainsi que l'influence des traitements thermiques post-épitaxie.Des photodétecteurs MSM (Métal Semi-conducteur Métal) à éclairement par la surface ont été fabriqués et caractérisés avec des analyses vectorielles RF et des mesures picosecondes. Ces composants ont des fréquences de coupure allants jusqu'à 35 GHz.En parallèle, le dimensionnement de photodétecteurs intégrés a été effectué et l'ensemble des étapes technologiques nécessaires a été défini.
Author: Bing Han
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 139
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Book Description
L'augmentation des fréquences de fonctionnement des circuits intégrés rend de plus en plus problématique l'utilisation d'interconnexions métalliques et requiert l'introduction de nouveaux types de liaisons telles que les liens optiques. Le premier objectif de cette thèse a été de montrer la faisabilité d'un lien optique en utilisant un procédé technologique compatible CMOS. Les principaux résultats obtenus concernent le développement de deux nouvelles filières de matériaux bas cout déposés par un procédé PECVD basse température : le nitrure de silicium (SiNx) et silicium amorphe (a-Si:H). Des guides rubans compacts ont été fabriqués et les pertes optiques mesurées de 2,2dB/cm et 5,5dB/cm respectivement à longueur d'onde de 1,3μm pour la filière nitrure et silicium amorphe sont à l'état de l'art mondial. La réalisation de composants élémentaires d'optique intégrée compact tel que des virages et des diviseurs de faisceaux de type MMI ont permis d'obtenir un premier lien optique de 1 vers 8 validant ainsi l'approche retenue dans ce travail. Afin de réaliser une intégration monolithique des sources et des photodétecteurs III-V peuvent être reportés sur le circuit optique par un procédé de collage de plaque par adhésion moléculaire. L'approche originale retenue lors de ce travail de thèse a consisté à utiliser des coupleurs guide à guide compacts pour le transfert de la lumière entre la couche active III-V et le circuit optique passif. L'efficacité de couplage obtenue est de 60%. Le codage de l'information dans un circuit optique nécessite l'emploi de modulateurs de lumière. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'étude des cavités résonantes permettant d'accroître les performances des modulateurs optiques à base de silicium. Compte tenu de la faible variation d'indice de réfraction induit par des effets électro-optique dans le silicium, ces effets sont renforcés par l'utilisation de microcavités et de structures diffractives (cristaux photonique unidimensionnel). Ces approches permettent de réduire de manière significative les dimensions des composants et augmenter leur fréquence d'utilisation. Pour la réalisation d'un modulateur otpique intégré, les résonateurs en anneaux de type stade et les cavités Fabry-Pérot sont les deux des structures résonantes explorés conduisant à des dispositifs compacts fabriquées dans une technologie de guide en arête. Sur le résonateur en anneau de type stade, le facteur de qualité de 5200 a été obtenu, et il a été montré que celui-ci est suffisant pour assurer une modélisation efficace dans le silicium.
Author: Abderraouf Aboudou
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Languages : fr
Pages : 250
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Cette étude préliminaire nous a permis de réaliser un deuxième diviseur où cette fois-ci l'emplacement et la structure géométrique du photoconducteur ont été optimisés, de sorte que la division par deux a pu être effectuée jusqu'à 1.2GHz avec une puissance optique modulée minimale de l'ordre de 500 nW seulement. Dans le quatrième chapitre, nous remplaçons dans le circuit intégré, le photoconducteur par un MSM GaAlAs/GaAs/GaAs de structure géométrique semblable. Ici aussi la division par deux est effectuée jusqu'à 1.2 GHz avec le même seuil de puissance optique. L'un des enseignements que l'on peut tirer de cette étude est le comportement quasi-identique des deux photodétecteurs en hautes fréquences. Dans le cinquième chapitre, nous démontrons expérimentalement, après l'avoir valider théoriquement, la faisabilité d'un MSM GaAs intégré monolithiquement à un guide optique diélectrique Si3N4/SiO2. Les résultats obtenus sont très encourageants et laissent envisager la possibilité de réaliser un circuit numérique commandé optiquement et dont la distribution du signal optique s'effectue à l'aide de guides diélectriques
Author: OLIVIER.. VENDIER
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Languages : fr
Pages : 163
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Book Description
DEVANT LA CROISSANCE IMPORTANTE DU NOMBRE DE TRANSISTORS PAR PUCE, LES PROBLEMES POSES PAR LES INTERCONNEXIONS ELECTRIQUES ENTRE COMPOSANTS ACTIFS AU SEIN D'UNE PUCE, OU PLUS ENCORE, ENTRE PUCES AU SEIN D'UN MEME MODULE, SONT DE PLUS EN PLUS CRITIQUES. DANS CES TRAVAUX NOUS NOUS SOMMES ATTACHES A MONTRER LA FAISABILITE D'UNE INTERCONNEXION OPTIQUE ENTRE DEUX PUCES SUPERPOSEES ET FABRIQUEES EN TECHNOLOGIE CMOS POUR RESTER COMPATIBLES AVEC LA MAJORITE DES APPLICATIONS DE TRAITEMENT DU SIGNAL. CE PROJET A DEMANDE LE DEVELOPPEMENT D'INTERFACES OPTOELECTRONIQUES POUR AUTORISER LA COMMUNICATION DIGITALE PAR VOIE OPTIQUE DES DEUX PUCES. UN RECEPTEUR ET UN TRANSMETTEUR OPTIQUES INTEGRES ONT ETE CONCUS SPECIALEMENT A CET EFFET. LES COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES (DIODE ELECTROLUMINESCENTE ET PHOTODETECTEUR) ONT ETE FABRIQUES SELON LA TECHNOLOGIE DES FILMS MINCES DEVELOPPEE A GEORGIA TECH, QUI PERMET L'INTEGRATION DE COMPOSES III-V DIRECTEMENT SUR CIRCUIT EN SILICIUM. LA LONGUEUR D'ONDE CHOISIE POUR CES COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES EST DE 1.3 M, LONGUEUR D'ONDE A LAQUELLE LE SILICIUM EST TRANSPARENT, CE QUI PERMET UN LIEN OPTIQUE SANS PERCAGE DU CIRCUIT. L'ENSEMBLE DE CES TRAVAUX S'EST FOCALISE SUR L'ETUDE DE LA PARTIE RECEPTEUR DE CE SYSTEME ; PLUS PARTICULIEREMENT SUR L'OPTIMISATION DES PHOTODETECTEURS DE TYPE METAL-SEMICONDUCTEUR-METAL EN FILM MINCE ET LEUR INTERACTION AVEC L'AMPLIFICATEUR INTEGRE. FINALEMENT, APRES FABRICATION, LES TESTS PRELIMINAIRES DE L'INTERCONNEXION OPTIQUE, EFFECTUES A UNE CADENCE DE 50 MB/S, ONT PROUVE QU'ELLE POURRAIT S'ETENDRE A DES SYSTEMES PLUS COMPLEXES COMME DES MODULES A ARCHITECTURE CUBIQUE.
Author: Alexis Abraham
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Suite au développement remarquable d'Internet, il est attendu que le trafic numérique augmente de manière exponentielle, ainsi que la nécessité d'utiliser des liens de communication très hauts débits. Pour adresser ces problématiques, il est donc essentiel de proposer des systèmes performants avec une consommation énergétique réduite. La photonique sur silicium est une solution prometteuse qui répond à ce besoin en intégrant des fonctionnalités optiques dans un circuit intégré utilisant les procédés de fabrication de pointe de la microélectronique. Dans ce contexte le sujet de thèse porte sur le modulateur optique. Celui-ci doit supporter des hauts débits de transmission, avoir de faibles pertes optiques, et être peu énergivore. Pour respecter ces objectifs, plusieurs paramètres doivent être optimisés en tenant compte des contraintes de fabrications, afin de trouver le meilleur compromis entre ces différents facteurs de mérite. Durant cette thèse, la recherche de l'obtention de meilleures performances du composant a été faite de trois manières. La première approche a été d'améliorer les simulations de la technologie existante de modulateurs à jonction PN. En intégrant les étapes de fabrication dans le processus d'optimisation des performances du composant, les résultats numériques sont plus réalistes. Le point clé de cette étude est la comparaison entre les caractérisations et les simulations de deux architectures différentes de modulateur obtenues dans les mêmes conditions de fabrication. Une partie importante de la thèse a aussi été consacrée au développement de nouveaux modulateurs basés sur l'utilisation d'une capacité verticale intégrée au milieu d'un guide d'onde. Des outils numériques dédiés ont permis de dimensionner deux nouvelles architectures de modulateurs possédant une grande efficacité. Un nouveau procédé de fabrication a été mis en place, et les premiers lots d'étude nous ont permis d'extraire des informations utiles pour la fabrication de ces composants. Enfin, une étude comparative générale entre trois des modulateurs étudiés au cours de cette thèse a été faite. Les résultats permettent de déterminer la configuration optimale pour chaque type de modulateur en fonction de l'application visée. De plus, l'ensemble des données nous a permis de générer un modèle compact pour optimiser rapidement le composant en un temps de simulation réduit.
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Category : Electronics
Languages : en
Pages : 300
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Author: John Wilfred Orton
Publisher:
ISBN: 0199695822
Category : Science
Languages : en
Pages : 529
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Book Description
The book is a history of Molecular Beam Epitaxy (MBE) as applied to the growth of semiconductor thin films (note that it does not cover the subject of metal thin films). It begins by examining the origins of MBE, first of all looking at the nature of molecular beams and considering their application to fundamental physics, to the development of nuclear magnetic resonance and to the invention of the microwave MASER. It shows how molecular beams of silane (SiH4) were used to study the nucleation of silicon films on a silicon substrate and how such studies were extended to compound semiconductors such as GaAs. From such surface studies in ultra-high vacuum the technique developed into a method of growing high quality single crystal films of a wide range of semiconductors. Comparing this with earlier evaporation methods of deposition and with other epitaxial deposition methods such as liquid phase and vapour phase epitaxy (LPE and VPE). The text describes the development of MBE machines from the early 'home-made' variety to that of commercial equipment and show how MBE was gradually refined to produce high quality films with atomic dimensions. This was much aided by the use of various in-situ surface analysis techniques, such as reflection high energy electron diffraction (RHEED) and mass spectrometry, a feature unique to MBE. It looks at various modified versions of the basic MBE process, then proceed to describe their application to the growth of so-called 'low-dimensional structures' (LDS) based on ultra-thin heterostructure films with thickness of order a few molecular monolayers. Further chapters cover the growth of a wide range of different compounds and describe their application to fundamental physics and to the fabrication of electronic and opto-electronic devices. The authors study the historical development of all these aspects and emphasise both the (often unexpected) manner of their discovery and development and the unique features which MBE brings to the growth of extremely complex structures with monolayer accuracy.
Author: Orly Yadid-Pecht
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1402079621
Category : Science
Languages : en
Pages : 251
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Book Description
The idea of writing a book on CMOS imaging has been brewing for several years. It was placed on a fast track after we agreed to organize a tutorial on CMOS sensors for the 2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2004). This tutorial defined the structure of the book, but as first time authors/editors, we had a lot to learn about the logistics of putting together information from multiple sources. Needless to say, it was a long road between the tutorial and the book, and it took more than a few months to complete. We hope that you will find our journey worthwhile and the collated information useful. The laboratories of the authors are located at many universities distributed around the world. Their unifying theme, however, is the advancement of knowledge for the development of systems for CMOS imaging and image processing. We hope that this book will highlight the ideas that have been pioneered by the authors, while providing a roadmap for new practitioners in this field to exploit exciting opportunities to integrate imaging and “smartness” on a single VLSI chip. The potential of these smart imaging systems is still unfulfilled. Hence, there is still plenty of research and development to be done.
Author: Preetha Balakrishnan
Publisher: Woodhead Publishing
ISBN: 0081022069
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 466
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Book Description
Fundamental Biomaterials: Metals provides current information on the development of metals and their conversion from base materials to medical devices. Chapters analyze the properties of metals and discuss a range of biomedical applications, with a focus on orthopedics. While the book will be of great use to researchers and professionals in the development stages of design for more appropriate target materials, it will also help medical researchers understand, and more effectively communicate, the requirements for a specific application. With the recent introduction of a number of interdisciplinary bio-related undergraduate and graduate programs, this book will be an appropriate reference volume for students. It represents the second volume in a three volume set, each of which reviews the most important and commonly used classes of biomaterials, providing comprehensive information on materials properties, behavior, biocompatibility and applications. - Provides current information on metals and their conversion from base materials to medical devices - Includes analyses of types of metals, discussion of a range of biomedical applications, and essential information on corrosion, degradation and wear and lifetime prediction of metal biomaterials - Explores both theoretical and practical aspects of metals in biomaterials
Author: Keyu Xia
Publisher: BoD – Books on Demand
ISBN: 183880353X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 112
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Book Description
This short book aims to present basic information about single photons in a quick read but with not many details. For this purpose, it only introduces the basic concept of single photons, the most important method of generating single photons in experiments, and a specific emerging field.
