Etude d'un photodétecteur intégré pour les interconnexions optiques dans les circuits microélectroniques

par Mathieu Rouvière

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Électronique

Sous la direction de Suzanne Laval.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    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 éte�� 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.

  • Titre traduit

    Study of an integrated photodetector for optical interconnects in microelectronics chips


  • Résumé

    Optical on-chip interconnects are identified as a possible solution to overcome global metal interconnects limitations in future integrated CMOS circuits. This work deals with a rapid and sensitive photodetector integrated in a SOI (silicon-on-insulator) waveguide and operating at 1. 3µm. An outlook of the silicon compatible materials leads to select pure germanium to absorb the light. Various optical and electrical configurations have been studied and their essential parameters evaluated: compactness, carrier collection time, capacitance, dark current, bias voltage, etc. They have been used to evaluate the performance of a CMOS driver for an optical clock receiver stage. Epitaxial germanium layers with thickness compatible with an SOI waveguide (~ 300nm) have been grown by Chemical Vapor Phase Deposition. The main characteristics of these layers have been measured: absorption coefficient (7500 cm-1 at 1. 3µm), resistivity, hole mobility (1300cm2. V-1. S2),carrier life time, etc. And also the post-growth thermal treatment influence. MSM (Metal Semiconductor Metal) surface enlightened detectors have been realized and characterized. These components present bandwidth as high as 35GHz. Simultaneously, integrated photodetectors have been designed and the associated process flow defined.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 170 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)322
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