Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques Silicium sub-longueur d'onde par lithographie à immersion

Design, fabrication and characterization of subwavelength nano-structured Silicon photonics devices enabled by advanced immersion lithography

• Auteur / Autrice : Warren Kut king kan
• Direction : Carlos Alonso-Ramos
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 08/02/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)

Mots clés

Mots clés libres

Structuration sub-longueur d'onde

Photonique sur Silicium

Lithographie à immersion

Subwavelength gratings

Si photonics

Immersion Lithography

Résumé

Les besoins en communications de données ont explosé ces dernières années. Pour répondre à cette demande, les liaisons optiques utilisées pour les communications longues distances sont maintenant déployées pour des distances moyennes, dans les datacenters. Les composants fabriqués en photonique Si répondent à ces besoins : ils bénéficient des technologies CMOS permettant ainsi des coûts faibles de fabrication, des performances élevées et d'excellents rendements. La structuration sub-longueur d'onde du Silicium permet d'obtenir de nouvelles propriétés optiques de ces composants. Cette structuration périodique du guide optique en Silicium a déjà été exploré et a démontré des propriétés fortement améliorées : réduction des pertes et augmentation significative de la bande passante. Par ailleurs, le CEA-Leti dispose d'une plateforme photonique Si comprenant un outil de lithographie à immersion permettant de définir des de manière robuste et précise ces nouveaux composants aux dimensions agressives (50nm). Les objectifs de cette thèse sont de : (i) dimensionner de nouveaux composants large bande et faibles pertes en utilisant la structuration sub longueur d'onde (ii) mettre en oeuvre leur fabrication au sein d'une plateforme Si pour aller au -delà des démonstrations laboratoires déjà disponibles et (iii) caractériser les composants obtenus. Cette thèse basée au CEA-Leti (Grenoble) se déroule en étroite collaboration avec le C2N-CNRS(Paris-Saclay).

The demand for telecommunications capacity has increased rapidly in recent years. To satisfy this demand, optical transceivers, previously used only for long distance data transfer, are now used for the shorter distances found in datacenters. Photonic integrated circuits based on silicon are particularly relevant for this application as they use established CMOS technology to achieve high performance and high yield at a low cost. Previous work has shown that integrated components based on sub-wavelength structures allow the possibility of new optical functionalities and improved performance, such as reduced insertion losses and significantly increased spectral bandwidth. The CEA-LETI has its own Si photonics platform including an immersion lithography tool that allows reproducible and precise patterning with dimensions as low as 50nm. The objectives of this PhD are to: (i) design new high spectral bandwidth/low-loss photonic components using sub-wavelength structures, (ii) to develop the fabrication technology for this type of component on the CEA-LETI Si photonics platform and (ii) to characterize their optical properties. This PhD, based at CEA-LETI (Grenoble), is in close collaboration with the C2N-CNRS (Paris-Saclay).