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硅基MEMS光开关有望实现商业化量产
2021-04-18 08:14:08   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

美国加州大学伯克利分校的研究人员召集了世界各地不同大学的工程师人员,旨在证明MEMS光开关商业化的困难是可以解决的。他们直接采用现有的CMOS制造工艺平台即可生产MEMS光开关,与大多数现有技术兼容,性价比高,适合大批量生产。

据麦姆斯咨询介绍,当前数据革命面临的技术挑战之一是需要找到一种高效方法实现数据的路由。这通常由电子开关执行,而数据本身则由光波导进行传输。光学信号与电学信号的相互转换会消耗能量,限制了可传输的信息量。如果采用全光学开关,上述缺点则能克服。最被看好的方式之一是采用微机电系统(MEMS)技术,MEMS技术具有低光学损耗、可单片集成和可扩展性高等决定性优势。事实上,历史上尺寸最大的光开关就是采用MEMS技术。

MEMS光开关商业化已不是纸上谈兵

到目前为止,MEMS光开关都是在实验室中采用复杂的非标准制造工艺完成,离商业化还有很长的距离。但是,美国加州大学伯克利分校的研究人员召集了世界各地不同大学的工程师人员,旨在证明MEMS光开关商业化的困难是可以解决的。他们直接采用现有的CMOS制造工艺平台即可生产MEMS光开关,与大多数现有技术兼容,性价比高,适合大批量生产,这意味着MEMS光开关的产业化进程又向前迈进了一大步。

MEMS光开关结构示意图

MEMS光开关结构示意图

最近发表在国际光学工程学会(SPIE)杂志Journal of Optical Microsystems上的一篇论文表明,他们的光开关就是在商业代工厂内采用常规的光刻和干法蚀刻工艺完成,衬底采用8英寸SOI(绝缘衬底上的硅)晶圆。整个光子集成电路位于顶层硅,其优点是工艺步骤数量相对较少。会采用两种不同的蚀刻工艺,一种是实现金属互连的lift-off(金属剥离)工艺,另一种是氧化物蚀刻的结构释放工艺。开关设计了32个输入端口和32个输出端口,形成有相同复制单元的32 x 32矩阵(整体尺寸为5.9 mm x 5.9 mm)。在每一个单元中,光从一个通道传输到另一个通道是通过缩短两个波导之间的距离来完成模式的耦合,而MEMS光开关的静电梳齿驱动器的工作也是在顶层硅实现。

MEMS光开关制造流程示意图

MEMS光开关制造流程示意图

“在8英寸SOI晶圆代工厂中首次制造了大规模集成MEMS光开关。我认为这是该技术适合商业化和大规模生产的令人信服的证明。在不久的将来,它们可能会被数据通信系统采用。”美国伯克利大学研究人员Jeremy Béguelin评论道。

研究人员通过几项重要参数的测量结果来证明光开关的性能:整个开关的光功率损耗为7.7dB,波长为1550nm的带宽约30nm,开关运行速度为50μs。与其他光开关技术相比,参数实测值已经非常出色,成为其改进技术已无须质疑。

光开关是数据通信网络的未来关键组件。通过使用与CMOS工艺兼容的制造工艺和SOI晶圆,研究小组基于MEMS技术完成了性能好、效率高的光开关。这项工作为大规模集成光开关的商业化和量产开辟了一条充满希望的道路。

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