基于软光刻的多层光互连垂直耦合结构

摘要

如今是一个信息爆炸的时代，计算机和通信技术的快速发展为我们开辟了一个全新的世界。电子系统的信息处理能力与日俱增，但随着芯片工作癞率的不断增加和线宽的不断缩小，人们也越来越清楚地发现互连技术已成为系统性能进一步发展的严重障碍。与电互连伴随的各种固有缺陷，如频率相关损耗、线路之间电磁干扰(EMI)和在高数据传输率时的串扰，不但限制了可用带宽，而且已成为限制系统表现的主要瓶颈。 近年来，光学互连作为一种解决电互连存在的带宽问题的实施方案，引起世界许多研究机构的关注。在主板上的芯片与芯片间的通信系统中，光互连已经被证明拥有很大的潜力，具有传输速率快、能耗低的优点，并且在进行高速数据传输时的误码率极低。 本文以研究层间垂直光耦合为目的，设计了一种新型多层光互连垂直耦合结构，可用于高速计算机内部垂直堆迭的多层连通光互连的芯片间光信息通讯；并且，将软光刻工艺应用于器件的制作，大大降低器件成本，简化制作过程，增加生产效率。本文的主要内容包括以下几部分： 首先，介绍了当前光互连的基本情况，讨论了电互连方式的缺陷以及光互连方式的优点。 其次，设计了一种新型的多层垂直耦合光互连线路，其结构简单，且具有较小的连接损耗(可低至0.05 dB)。对四种不同的典型波导截面(分别为30x30μm<'2>，50x50μm<'2>，100x100μm<'2>，200x200μm<'2>)，在光学设计软件ZEMAX中进行了跨越1-6层的垂直耦合性能分析，发现当该结构的跨越高度与横向跨越距离的比值约为0.128时，可实现较理想的低损耗(<1 dB)光传输。 最后，通过软光刻的方法制备了实际的多层互连线路，其测试性能得到的数据与理论结果基本相符。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1光电子技术

1.2电子学和光电子学

1.3光互连技术概论

1.4本论文的主要研究工作

第二章光互连技术

2.1技术背景

2.1.1集成电路与光互连

2.1 2计算机通信与光互连

2.2电互连与光互连的比较

2.3实现光互连的物理依据

2.4光互连的分类

2 4.1自由空间光互连

2.4.2波分复用光纤互连

2.4.3波导光互连

2.5光互连技术的发展现状

2.5.1光互连计算机体系结构

2 5 2光纤通信网络

2.5.3光电印制电路板的三个时代

第三章光互连线路设计

3.1光互连使用的基本器件

3.1.1光发射器件

3.1.2光接收器件

3.1.3光传输器件

3.2已有的垂直耦合光互连方案

3.3新型垂直耦合光互连线路的设计

第四章新结构的性能分析和参数优化

4.1光学设计软件ZEMAX

4.1.1ZEMAX简介

4.1.2 ZEMAX光线追迹功能

4.2利用ZEMAX对结构进行模拟计算和参数优化

4.2.1跨越单层的研究

4.2.2跨越多层的研究

4.2.3模式分布对线路传输损耗的影响

第五章软光刻法制作垂直耦合光互连线路

5.1聚合物基三维集成光学制作技术

5.2软光刻技术

5.2.1技术背景

5.2.2工艺流程

5.2.3工艺类型

5.3三维多层垂直耦合光互连结构的实际制作

5.4器件的性能测试

第六章总结与展望

6.1总结

6.2创新性工作

6.3展望

参考文献

硕士在读期间发表论文和专利

致谢

个人简历