硅光工艺平台比较

  这篇笔记整理下现有的硅光工艺平台，并进行相关比较。

  硅光流片平台主要有：

  1)比利时的IMEC

  2)新加坡的AMF(前身为IME)

  3)法国的LETI

  4)美国的AIM photonics

  5)美国的GlobalFoudries

  6)新加坡的CompoundTek

  7)以色列的TowerJazz

  8)台积电TSMC

  9)瑞士的STMicroelectronics

  10)德国的IHP

  11)芬兰的VTT

  北京的中科院微电子所和合肥的38所都可以对外进行硅光的MPW服务，上海微系统所也在搭建一个8寸的硅光工艺线。中芯国际也在进行硅光平台的建设。

  以下列出这些流片厂提供的PDK参数，便于大家参考与比较。有些平台的器件参数，例如TSMC和STMicroelectronics，小豆芽没有收集到，就没有列出来。

  1) 无源器件

  无源器件主要包括耦合器、MMI、crossing等。对于更复杂的MUX结构，涉及到专利问题，foundry一般不提供PDK。

  表格中的/ 表示fab没有提供相关的器件参数。从上表中看出：

  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的厚硅工艺。

  2)硅波导的传输损耗约为2-3dB/cm, AIM的硅波导传输损耗为1dB/cm。采用浅刻蚀的脊形波导，传输损耗可进一步降低。当芯片中有很长的routing波导时，可采用该类型的波导。

  3)端面耦合器的耦合损耗一般在2dB, 光栅耦合器的损耗在3dB左右

  4)MMI的插损一般小于0.5dB, imbalance小于5%

  6)crossing结构的插损在0.3dB左右，串扰非常小，约-30dB

  2) 有源器件

  有源器件主要包括热相移器、调制器、探测器。

  上表中可以看出：

  1)Foundry大都提供热相移器，P_pi一般为20mW左右。通过结构设计，P_pi可进一步降低

  2)Foundry提供耗尽型的Mach-Zehnder调制器，其带宽在20GHz左右，插损在5dB左右，V_pi*L为2V*cm左右

  3)Ge探测器的带宽在30GHz左右，响应率大约0.7A/W, 暗电流小于100nA

  除了上述的PDK器件参数之外，流片价格和流片时间也是两个主要的考量因素。小豆芽了解到的MPW流片时间大都在3-4个月，而1个MPW block的价格，不同的foundry相差较大，一般在50K美金左右。

  除了使用foundry提供的PDK外，用户也可以根据他们提供的technology文件，进行器件的独立设计。由于硅光芯片目前的发展还处于初期阶段，不像集成电路，工程师只需在schematic层面上进行设计，不需要关心底层元器件的性能参数。随着硅光产业的发展，系统的复杂性增加，应该也会有相似的技术分工。流片厂负责底层器件的优化，用户只需使用这些PDK去搭建集成光路即可。目前有硅光产品的公司，大都拥有自己独立的硅光工艺线。