Distribution optique du signal d'horloge dans les circuits CMOS sur substrat silicium-sur-isolant

• Auteur / Autrice : Sébastien Lardenois
• Direction : Suzanne Laval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Couplage par réseau

Circuits intégrés optiques

Résumé

Le fonctionnement de la plupart des circuits intégrés est rythmé par le signal d'horloge distribué uniformément à tous les blocs sur la puce. Avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement, on prévoit que la distribution électrique de l'horloge deviendra très difficile aux fréquences élevées (quelques dizaines de GHz). Une solution possible pour y remédier est le passage au transport optique du slgnal. Cette thèse est une contribution à l'étude des composants passifs d'une distribution en optique intégrée sur substrat silicium-sur-isolant, en technologie compatible avec celle des circuits CMOS. Des guides d'ondes en arête compacts (1 mM de large et 200 ou 380 nm d'épaisseur) présentant de faibles pertes de propagation (de l'ordre de 0,4 dB/cm) ont été réalisés. Nous avons montré que l'on peut utiliser des miroirs comme virages à faible encombrement (1 dB de pertes par miroir). Le couplage de la lumière vers ces guides submicroniques est effectué en utilisant des réseaux de diffraction, avec une efficacité de couplage record, atteignant 50 % de la puissance incidente. La possibilité de distribuer un signal optique d'une entrée vers 16 points de sortie a été démontrée.

Most of electronic circuits rely on a synchronization rate given by a clock signal equally distributed to each block of transitors on the chip. Electrical clock distribution is expected to become very difficult when the clock frequency will hit tens of gigahertz. Using an optical carrier for the clock signal may be a solution. This thesis is a contribution to the study of passive components for a CMOS compatible clock distribution on silicon-on-insulator substrates. Compact rib waveguides (a 1 mM wide rib and a thickness of the core of 200 or 380 nm) were realized with low propagation lasses (about 0,4 dB/cm). We show that mirrors can be used as compact turns (1 dB losses per mirror). Efficient coupling of incident light in these submicrometer waveguides (50 %) is achieved through grating couplers. Distribution of an optical signal from one input toward 16 outputs is demonstrated.