Thèse soutenue

Etude d'un photodétecteur intégré pour les interconnexions optiques dans les circuits microélectroniques
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Auteur / Autrice : Mathieu Rouvière
Direction : Suzanne Laval
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences appliquées. Électronique
Date : Soutenance en 2005
Etablissement(s) : Paris 11
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

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Résumé

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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 été 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.